Обратный бета-распад , обычно обозначаемый как IBD, [1] - это ядерная реакция, включающая рассеяние электронного антинейтрино на протоне с образованием позитрона и нейтрона . Этот процесс обычно используется при обнаружении электронных антинейтрино в детекторах нейтрино , таких как первое обнаружение антинейтрино в нейтринном эксперименте Коуэна – Райнеса или в нейтринных экспериментах, таких как KamLAND и Borexino . Это важный процесс для экспериментов с нейтрино низкой энергии (<60 МэВ ) [2]например, те, кто изучает осцилляции нейтрино , [2] реакторные нейтрино , стерильные нейтрино и геонейтрино. [3] Реакция IBD может использоваться только для обнаружения антинейтрино (а не нейтрино нормальной материи, например, от Солнца) из-за сохранения лептона . [ необходима цитата ]
Реакция
Обратный бета-распад протекает как
где электронный антинейтрино (
ν
е) взаимодействует с протоном (
п
) для образования позитрона (
е+
) и нейтрон (
п
). Реакция IBD может быть инициирована только тогда, когда антинейтрино обладает кинетической энергией не менее 1,806 МэВ [3] [4] (называемой пороговой энергией ). Эта пороговая энергия возникает из-за разницы в массе продуктов (
е+
а также
п
) и реагенты (
ν
е а также
п
), а также немного из-за релятивистского массового воздействия на антинейтрино. Большая часть энергии антинейтрино передается позитрону из-за его малой массы по сравнению с нейтроном. Позитрон сразу [4] подвергается аннигиляции материя-антивещество после рождения и дает вспышку света с энергией, рассчитанной как
E vis = 511 кэВ + 511 кэВ + E
ν
е- 1806 кэВ = E
ν
е- 784 кэВ , [5]
где 511 кэВ - энергия покоя электронов и позитронов , E vis - видимая энергия реакции, а E
ν
е- кинетическая энергия антинейтрино . После быстрой аннигиляции позитронов , нейтрон претерпевает захват нейтронов на элементе в детекторе, производя задержанную вспышку 2,22 МэВ , если зафиксированная на протон. [4] Время отложенного захвата составляет 200–300 микросекунд после инициации IBD (≈256 мкс в детекторе Borexino [4] ). Временное и пространственное совпадение между быстрой аннигиляцией позитронов и захватом запаздывающих нейтронов обеспечивает четкую сигнатуру IBD в детекторах нейтрино , позволяя отличить их от фона. [4] Поперечное сечение IBD зависит от энергии антинейтрино и улавливающего элемента, хотя обычно составляет порядка 10 -44 см 2 (∼ аттобарнс ). [6]
Смотрите также
- Жидкий сцинтилляторный детектор антинейтрино Kamioka
Рекомендации
- ^ Сотрудничество Дайя Бэй; An, FP; Балантекин А.Б .; Band, HR; Бишай, М .; Blyth, S .; Буторов, И .; Cao, D .; Цао, GF (12 февраля 2016 г.). «Измерение потока и спектра антинейтрино в реакторе в Дайя-Бэй». Письма с физическим обзором . 116 (6): 061801. arXiv : 1508.04233 . Bibcode : 2016PhRvL.116f1801A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.116.061801 . PMID 26918980 .
- ^ а б в Vogel, P .; Биком, Дж. Ф. (27 июля 1999 г.). «Угловое распределение обратного бета-распада нейтрона». Physical Review D . 60 (5): 053003. arXiv : hep-ph / 9903554 . Bibcode : 1999PhRvD..60e3003V . DOI : 10.1103 / PhysRevD.60.053003 .
- ^ а б в Оралбаев, А .; Скорохватов, М .; Титов, О. (01.01.2016). «Обратный бета-распад: исследование сечения» . Журнал физики: Серия конференций . 675 (1): 012003. DOI : 10,1088 / 1742-6596 / 675/1/012003 . ISSN 1742-6596 .
- ^ а б в г д е Bellini, G .; Benziger, J .; Bonetti, S .; Аванзини, М. Бьюцца; Caccianiga, B .; Cadonati, L .; Calaprice, F .; Carraro, C .; Чаваррия, А. (19 апреля 2010 г.). «Наблюдение геонейтрино». Физика Письма Б . 687 (4–5): 299–304. arXiv : 1003.0284 . Bibcode : 2010PhLB..687..299B . DOI : 10.1016 / j.physletb.2010.03.051 .
- ^ Bellini, G .; Benziger, J .; Bonetti, S .; Аванзини, М. Бьюцца; Caccianiga, B .; Cadonati, L .; Calaprice, F .; Carraro, C .; Чаваррия, А. (15 апреля 2013 г.). «Измерение геонейтрино с 1353 дня Борексино» . Физика Письма Б . 722 (4–5): 295–300. Bibcode : 2013PhLB..722..295B . DOI : 10.1016 / j.physletb.2013.04.030 .
- ^ Струмия, Алессандро; Виссани, Франческо (2003-07-03). «Точное квазиупругое нейтрино / нуклонное сечение». Физика Письма Б . 564 (1): 42–54. arXiv : astro-ph / 0302055 . Bibcode : 2003PhLB..564 ... 42S . DOI : 10.1016 / S0370-2693 (03) 00616-6 .