Обратный бета-распад
В ядерной физике и элементарных частиц физике обратный бета-распад , обычно сокращенно IBD , [1] Это ядерная реакция , в которой электронное антинейтрино рассеивается на протоне , образуя позитрон и нейтрон . Этот процесс обычно используется при обнаружении электронных антинейтрино в детекторах нейтрино , например, при первом обнаружении антинейтрино в эксперименте с нейтрино Коуэна-Рейнса или в экспериментах с нейтрино, таких как KamLAND и Borexino . Это важный процесс для экспериментов с нейтрино низкой энергии (<60 МэВ ). [2] например, те, кто изучает нейтринные осцилляции , [2] реакторные нейтрино , стерильные нейтрино и геонейтрино. [3]
Реакции
[ редактировать ]Антинейтрино, индуцированное
[ редактировать ]Обратный бета-распад протекает по формуле [2] [3] [4]
н
и +
п
→
и +
+
н
,
где электронное антинейтрино (
н
д ) взаимодействует с протоном (
п
) для производства позитрона (
и +
) и нейтрон (
н
). Реакция IBD может быть инициирована только тогда, когда антинейтрино обладает энергией не менее 1,806 МэВ. [3] [4] кинетической энергии (называемой пороговой энергией ). Эта пороговая энергия обусловлена разницей масс продуктов (
и +
и
н
) и реагенты (
н
е и
п
), а также немного из-за релятивистского эффекта массы на антинейтрино. Большая часть энергии антинейтрино передается позитрону из-за его малой массы по сравнению с нейтроном. Позитрон сразу [4] вещества и антивещества после создания подвергается аннигиляции и дает вспышку света с энергией, рассчитываемой как [5]
![{\displaystyle {\begin{aligned}E_{\text{vis}}&=511{\text{кеВ}}+511{\text{кэВ}}+E_{m {\,{\overline {\nu } }_{e}}}-1806{\text{ кэВ}}\\[2pt]&=E_{\rm {\,{\overline {\nu }}_{e}}}-784{\text { кэВ}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/627515db485cf4f51529460246187224a6156ec9)
где 511 кэВ — энергия покоя электрона и позитрона , E vis — видимая энергия реакции, а антинейтрино — кинетическая энергия . После быстрой аннигиляции позитрона нейтрон подвергается нейтронному захвату на элементе детектора, вызывая задержанную вспышку мощностью 2,22 МэВ, если он захватывается протоном. [4] Время отложенного захвата составляет 200–300 микросекунд после инициации IBD ( ≈256 мкс в Borexino ). детекторе [4] ). Временное и пространственное совпадение между быстрой аннигиляцией позитрона и задержанным захватом нейтрона обеспечивает четкую сигнатуру IBD в детекторах нейтрино , позволяя отличить фон от фона. [4] IBD Сечение зависит от энергии антинейтрино и захватывающего элемента, хотя обычно оно составляет порядка 10. −44 см 2 (~ Аттобарна ). [6]
Нейтрино индуцированный
[ редактировать ]Другой вид обратного бета-распада — это реакция
н
и +
н
→
и −
+
п
В эксперименте Homestake использовалась реакция
для обнаружения солнечных нейтрино.
Электронно-индуцированный
[ редактировать ]При образовании нейтронных звезд или в радиоактивных изотопах, способных захватывать электроны , нейтроны создаются путем захвата электронов:
п
+
и −
→
н
+
н
и .
Это похоже на обратную бета-реакцию в том, что протон превращается в нейтрон, но индуцируется захватом электрона, а не антинейтрино.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сотрудничество Дайя Бэй; Ан, ФП; Балантекин, А.Б.; Группа, HR; Бишай, М.; Блит, С.; Буторов И.; Цао, Д.; Цао, ГФ (12 февраля 2016 г.). «Измерение потока и спектра реакторных антинейтрино в заливе Дайя». Письма о физических отзывах . 116 (6): 061801. arXiv : 1508.04233 . Бибкод : 2016PhRvL.116f1801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.116.061801 . ПМИД 26918980 . S2CID 8567768 .
- ^ Перейти обратно: а б с Фогель, П.; Биком, Дж. Ф. (27 июля 1999 г.). «Угловое распределение обратного бета-распада нейтрона». Физический обзор D . 60 (5): 053003. arXiv : hep-ph/9903554 . Бибкод : 1999PhRvD..60e3003V . дои : 10.1103/PhysRevD.60.053003 .
- ^ Перейти обратно: а б с Оралбаев А.; Скорохватов М.; Титов О. (01.01.2016). «Обратный бета-распад: исследование поперечного сечения» . Физический журнал: серия конференций . 675 (1): 012003. Бибкод : 2016JPhCS.675a2003O . дои : 10.1088/1742-6596/675/1/012003 . ISSN 1742-6596 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Беллини, Дж.; Бензигер, Дж.; Бонетти, С.; Аванзини, М. Буицца; Каччанига, Б.; Кадонати, Л .; Калаприс, Ф.; Карраро, К.; Чаваррия, А. (19 апреля 2010 г.). «Наблюдение геонейтрино». Письма по физике Б. 687 (4–5): 299–304. arXiv : 1003.0284 . Бибкод : 2010PhLB..687..299B . дои : 10.1016/j.physletb.2010.03.051 .
- ^ Беллини, Дж.; Бензигер, Дж.; Бонетти, С.; Аванзини, М. Буицца; Каччанига, Б.; Кадонати, Л.; Калаприс, Ф.; Карраро, К.; Чаваррия, А. (15 апреля 2013 г.). «Измерение геонейтрино за 1353 дня Борексино » Буквы B по физике 722 (4–5): 295–300. arXiv : 1303.2571 . Бибкод : 2013PhLB..722..295B . дои : 10.1016/j.physletb.2013.04.030 .
- ^ Струмия, Алессандро; Виссани, Франческо (3 июля 2003 г.). «Точное квазиупругое сечение нейтрино/нуклон». Буквы по физике Б. 564 (1): 42–54. arXiv : astro-ph/0302055 . Бибкод : 2003PhLB..564...42S . дои : 10.1016/S0370-2693(03)00616-6 . S2CID 7915354 .