Күн нейтриносы алғаш рет көміртек-13 изотопын радиоактивті азот-13-ке айналдырды — бұл нейтриноның әлсіз өзара әрекеттесуге қатысатынын тікелей дәлелдеген алғашқы оқиға болды.

Ғаламның жұмбақ бөлшектері

Нейтрино — қазіргі физикадағы ең құпия бөлшектердің бірі. Олар материямен өте әлсіз әрекеттеседі, электр заряды жоқ, массасы өте аз және тек гравитациялық әрі әлсіз өзара әрекеттесулерге қатысады. Нейтрино ядролық реакциялар кезінде, мысалы, Күннің терең қабаттарында пайда болады. Оларды анықтау үшін арнайы детекторлар қажет, оларды жер астына, су немесе мұз қабатына орналастырады, себебі бұл құрылғыларды ғарыштық және фондық сәулелерден қорғау керек.

Нейтриноны бақылаудағы серпіліс

Халықаралық ғалымдар тобы алғаш рет SNO+ деп аталатын алып жерасты детекторында күн нейтриносының көміртек атомдарын азотқа айналдырғанын тіркеді. Бұл детектор Канададағы Садбери қаласындағы шахтада, жер астында екі километр тереңдікте орналасқан SNOLAB зертханасында жұмыс істейді. Мұндай тереңдік зертхананы сыртқы кедергілерден тиімді қорғайды, олар әлсіз нейтрино сигналдарын басып тастауы мүмкін еді. Зерттеу нәтижелері Physical Review Letters журналында жарияланды.

Бақылау қалай жүргізілді

Физиктер әлсіз өзара әрекеттесуге тән оқиғаларды — кері бета-ыдырауды іздеді. Бұл процесте нейтрино көміртек-13 ядросымен соқтығысып, электронға айналады және нейтрондардың бірін протонға айналдырады, нәтижесінде азот-13 түзіледі. Бұл изотоп радиоактивті және шамамен 10 минут өмір сүреді.

Мұндай сирек оқиғаларды анықтау үшін ғалымдар «кешіктірілген сәйкестік» әдісін қолданды: олар екі байланысты жарқылға назар аударды — біріншісі нейтриноның көміртек-13 ядросына соғуынан, ал екіншісі бірнеше минуттан кейін пайда болған азот-13-тің радиоактивті ыдырауынан. Осы екі сигналдың сәйкес келуі нейтриноның шынайы өзара әрекеттесуін фондық шудан ажыратуға мүмкіндік береді.

Эксперимент нәтижелері

2022 жылдың мамырынан 2024 жылдың маусымына дейін жиналған деректерді талдау барысында 231 күнде 5,6 оқиға тіркелді. Осы кезеңде нейтрино шамамен 4,7 осындай оқиға тудырады деп күтілген, бұл теориялық есептерді растайды.

Ашылудың маңызы

«Бұл өзара әрекеттесуді тіркеу — ерекше жетістік. Қажетті көміртек изотопының сиректігіне қарамастан, біз оның нейтрино — Күннің ядросында пайда болып, орасан қашықтықты еңсерген бөлшектермен әрекеттесуін бақылай алдық», — деп атап өтті мақала авторы Гулливер Милтон.

SNO+ экспериментінің тарихы

SNO+ эксперименті бұрын SNO қондырғысында құрылған инфрақұрылымды пайдаланады. Бұл қондырғы нейтриноның үш түрі — электрондық, мюондық және тау-нейтрино арасында Күннен Жерге дейінгі жолда ауыса алатынын дәлелдеген. SNO экспериментінің жетекшісі және мақала авторы Артур Б. Макдональд — 2015 жылғы физика бойынша Нобель сыйлығының лауреаты, ол күн нейтриносының жұмбағын шешкені үшін марапатталған.