Обратный бета-распад - Inverse beta decay
Обратный бета-распад, обычно сокращенно IBD,[1] это ядерная реакция с участием электронный антинейтрино рассеяние от протон, создавая позитрон и нейтрон. Этот процесс обычно используется для обнаружения электронных антинейтрино в детекторы нейтрино, например, первое обнаружение антинейтрино в Нейтринный эксперимент Коуэна – Райнеса, или в нейтринных экспериментах, таких как KamLAND и Borexino. Это важный процесс для экспериментов с нейтрино низких энергий (<60МэВ )[2] такие как те, кто учится осцилляция 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 сохранение лептона.[нужна цитата ]
Реакция
Обратный бета-распад протекает как
где электронный антинейтрино (
ν
е) взаимодействует с протон (
п
) произвести позитрон (
е+
) и нейтрон (
п
). Реакция IBD может быть инициирована только тогда, когда антинейтрино обладает как минимум 1,806 МэВ.[3][4] кинетической энергии (называемой пороговая энергия ). Эта пороговая энергия возникает из-за разницы в массе продуктов (
е+
и
п
) и реагенты (
ν
е и
п
), а также немного из-за эффект релятивистской массы об антинейтрино. Большая часть энергии антинейтрино передается позитрону из-за его малой массы относительно нейтрона. Позитрон быстро[4] подвергается воздействию вещества-антивещества уничтожение после сотворения и дает вспышку света с энергией, рассчитанной как
Eвис = 511 кэВ + 511 кэВ + E
ν
е - 1806 кэВ = E
ν
е - 784 кэВ,[5]
где 511 кэВ - энергия покоя электронов и позитронов, Eвис видимая энергия реакции, и E
ν
е это антинейтрино кинетическая энергия. После подсказки аннигиляция позитронов нейтрон претерпевает захват нейтронов на элементе в детекторе, создавая задержанную вспышку 2,22 МэВ, если она захвачена протоном.[4] Время отсроченного захвата 200–300микросекунды после инициации ВЗК (≈256 мкс в Borexino детектор[4]). Временное и пространственное совпадение между быстрой аннигиляцией позитронов и захватом запаздывающих нейтронов обеспечивает четкую сигнатуру IBD в детекторы нейтрино, что позволяет различать фон.[4] IBD поперечное сечение зависит от энергии антинейтрино и элемента захвата, хотя обычно составляет порядка 10−44 см2 (∼ аттобарны ).[6]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Сотрудничество Дайя Бэй; An, F. P .; Балантекин, А.Б .; Band, H. R .; Бишай, М .; Blyth, S .; Буторов, И .; Cao, D .; Цао, Г. Ф. (12 февраля 2016 г.). «Измерение потока и спектра антинейтрино в реакторе в Дайя-Бэй». Письма с физическими проверками. 116 (6): 061801. arXiv:1508.04233. Bibcode:2016ПхРвЛ.116ф1801А. Дои:10.1103 / PhysRevLett.116.061801. PMID 26918980.
- ^ а б c Vogel, P .; Биком, Дж. Ф. (27 июля 1999 г.). «Угловое распределение обратного бета-распада нейтрона». Физический обзор D. 60 (5): 053003. arXiv:hep-ph / 9903554. Bibcode:1999ПхРвД..60э3003В. Дои:10.1103 / PhysRevD.60.053003.
- ^ а б c Оралбаев, А .; Скорохватов, М .; Титов, О. (01.01.2016). «Обратный бета-распад: исследование поперечного сечения». Journal of Physics: Серия конференций. 675 (1): 012003. Дои:10.1088/1742-6596/675/1/012003. ISSN 1742-6596.
- ^ а б c d е ж 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». Письма по физике B. 687 (4–5): 299–304. arXiv:1003.0284. Bibcode:2010ФЛБ..687..299Б. Дои: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». Письма по физике B. 722 (4–5): 295–300. Bibcode:2013ФЛБ..722..295Б. Дои:10.1016 / j.physletb.2013.04.030.
- ^ Струмия, Алессандро; Виссани, Франческо (2003-07-03). «Точное квазиупругое нейтрино / нуклонное сечение». Письма по физике B. 564 (1): 42–54. arXiv:Astro-ph / 0302055. Bibcode:2003ФЛБ..564 ... 42С. Дои:10.1016 / S0370-2693 (03) 00616-6.