Зворотний бета-розпад
Зворотний бета-розпад,[1] — це ядерна реакція, яка включає розсіювання електронного антинейтрино на протоні, з утворенням позитрона і нейтрона. Цей процес зазвичай використовується для виявлення електронних антинейтрино в нейтринних детекторах, таких як перша спроба виявлення антинейтрино в нейтринному експерименті Ковена–Райнеса або в нейтринних експериментах, таких як Шаблон:Iw і Borexino. Це важливий процес для експериментів із нейтрино низької енергії (< 60 МеВ)[2], таких як дослідження осциляцій нейтрино,[2] реакторних нейтрино, стерильних нейтрино та геонейтрино.[3]
Реакції
Індуковані антинейтрино
Зворотний бета-розпад протікає як
Шаблон:SubatomicParticle + Шаблон:SubatomicParticle → Шаблон:SubatomicParticle + Шаблон:SubatomicParticle,[2][3][4]
де електронне антинейтрино (Шаблон:SubatomicParticle) взаємодіє з протоном (Шаблон:SubatomicParticle) з отриманням позитрона (Шаблон:SubatomicParticle) і нейтрона (Шаблон:SubatomicParticle). Реакція зворотного бета-розпаду може бути ініційована лише тоді, коли антинейтрино має кінетичну енергію щонайменше 1,806 МеВ[3][4] (так звана порогова енергія). Ця порогова енергія зумовлена різницею мас між продуктами (Шаблон:SubatomicParticle і Шаблон:SubatomicParticle) та реагентами (Шаблон:SubatomicParticle і Шаблон:SubatomicParticle), а також трохи через Шаблон:Iw на антинейтрино. Більша частина енергії антинейтрино розподіляється на позитрон через його малу масу відносно нейтрона. Позитрон швидко[4] зазнає анігіляції матерії з антиматерією після створення та дає спалах світла з енергією, яка розраховується як
де 511 кеВ — енергія спокою електронів і позитронів, Шаблон:Math — видима енергія реакції, а Шаблон:Math— кінетична енергія антинейтрино. Після швидкої анігіляції позитрона нейтрон захоплюється елементом детектора, створюючи відкладений спалах 2,22 МеВ, якщо його захоплює протон.[4] Час відкладеного захоплення становить 200—300 мікросекунд після ініціації зворотного бета-розпаду (Шаблон:Val мікросекунд в детекторі Borexino[4]). Часовий і просторовий збіг між швидкою анігіляцією позитронів і відкладеним захопленням нейтронів забезпечує чітку сигнатуру зворотного бета-розпаду у детекторах нейтрино, дозволяючи відрізняти сигнал від фона.[4] Поперечний переріз зворотного бета-розпаду залежить від енергії антинейтрино та елемента захоплення, хоча, як правило, становить близько 10−44 см2 (~аттобарн).[6]
Індукований нейтрино
Іншим різновидом зворотного бета-розпаду є реакція
Шаблон:SubatomicParticle + Шаблон:SubatomicParticle → Шаблон:SubatomicParticle + Шаблон:SubatomicParticle
Експеримент Homestake використовував реакцію
для виявлення сонячних нейтрино.
Індукований електроном
Під час утворення нейтронних зірок або радіоактивних ізотопів, здатних захоплювати електрони, нейтрони утворюються шляхом захоплення електронів:
Шаблон:SubatomicParticle + Шаблон:SubatomicParticle → Шаблон:SubatomicParticle + Шаблон:SubatomicParticle.
Це схоже на обернений бета-розпад, оскільки протон перетворюється на нейтрон, але реакція індукується захопленням електрона замість антинейтрино.