Odwrotny rozpad beta
Odwrotny rozpad beta , powszechnie określany skrótem IBD, jest reakcją jądrową , w której antyneutrino elektronowe rozprasza się na protonie , tworząc pozyton i neutron . Proces ten jest powszechnie stosowany w wykrywaniu antyneutrin elektronowych w detektorach neutrin , takich jak pierwsze wykrycie antyneutrin w eksperymencie neutrinowym Cowana-Reinesa lub w eksperymentach neutrinowych, takich jak KamLAND i Borexino . Jest to niezbędny proces do eksperymentów z udziałem neutrin niskoenergetycznych (<60 MeV ), takich jak te badające oscylacje neutrin , neutrina reaktorowe , sterylne neutrina i geoneutrina. Reakcja IBD może być używana tylko do wykrywania antyneutrin (zamiast neutrin normalnej materii, takich jak Słońce) ze względu na zachowanie leptonów . [ potrzebne źródło ]
Reakcje
Indukowane antyneutrino
Odwrotny rozpad beta przebiega jako
ν
mi +
p
→
mi +
+
n
,
gdzie antyneutrino elektronowe (
ν
e ) oddziałuje z protonem (
p
) tworząc pozyton (
e +
) i neutron (
n
). Reakcja IBD może zostać zainicjowana tylko wtedy, gdy antyneutrino ma co najmniej 1,806 MeV energii kinetycznej (zwanej energią progową ). Ta energia progowa wynika z różnicy mas między produktami (
e +
i
n
) a reagentami (
ν
e i
p
), a także nieco z powodu relatywistycznego efektu masy na antyneutrino. Większość energii antyneutrina jest rozprowadzana do pozytonu ze względu na jego małą masę w stosunku do neutronu. Pozyton natychmiast po utworzeniu ulega anihilacji materii i antymaterii i daje błysk światła o energii obliczonej jako
mi vis = 511 keV + 511 keV + mi
ν
mi - 1806 keV = mi
ν
mi - 784 keV ,
gdzie 511 keV to energia spoczynkowa elektronu i pozytonu , E vis to energia widzialna reakcji, a E
ν
e to energia kinetyczna antyneutrina . Po natychmiastowej anihilacji pozytonu neutron ulega wychwytowi na elemencie w detektorze, wytwarzając opóźniony błysk o energii 2,22 MeV, jeśli zostanie wychwycony na protonie. Czas opóźnionego wychwytu wynosi 200–300 mikrosekund po inicjacji IBD ( ≈256 μs w Borexino detektor). Zbieżność czasowa i przestrzenna między szybką anihilacją pozytonów a opóźnionym wychwytywaniem neutronów zapewnia wyraźną sygnaturę IBD w detektorach neutrin , umożliwiając rozróżnienie z tła. Przekrój poprzeczny IBD zależy od energii antyneutrina i elementu wychwytującego, chociaż generalnie jest rzędu 10-44 cm 2 ( ∼ attobarns ).
Indukowane neutrinem
Innym rodzajem odwrotnego rozpadu beta jest reakcja
ν
mi +
n
→
mi -
+
p
W eksperymencie Homestake wykorzystano tę reakcję
do wykrywania neutrin słonecznych.
Indukowane elektronami
Podczas formowania się gwiazd neutronowych lub w izotopach promieniotwórczych zdolnych do wychwytywania elektronów , neutrony powstają w wyniku wychwytywania elektronów:
p
+
mi -
→
n
+
ν
mi .
Jest to podobne do odwrotnej reakcji beta, w której proton zmienia się w neutron, ale jest indukowany przez wychwytywanie elektronu zamiast antyneutrina.