Odwrotny rozpad beta — Inverse beta decay
Odwrotny rozpad beta , powszechnie określany skrótem IBD, jest reakcją jądrową polegającą na rozpraszaniu antyneutrin elektronowych z protonu , tworząc pozyton i neutron . Ten proces jest powszechnie używany do wykrywania elektronów antyneutrina w neutrinowy czujników , takich jak pierwszy wykrywania antyneutrin w tego eksperymentu Cowan-reines neutrinowym lub w neutrinowych doświadczeniach takich jak KamLAND i Borexino . Jest to niezbędny proces eksperymentów obejmujących neutrina niskoenergetyczne (<60 MeV ), takich jak te studia neutrino oscylacji , neutrina reaktora , sterylne neutrina i geoneutrinos. Reakcja IBD może być używana tylko do wykrywania antyneutrin (zamiast normalnych neutrin, np. ze Słońca) ze względu na zachowanie leptonów .
Reakcje
Indukowane antyneutrinami
Odwrotny rozpad beta przebiega tak, jak
ν
mi +
p
→
mi+
+
nie
,
gdzie elektronowe antyneutrino (
ν
mi) oddziałuje z protonem (
p
) do wytworzenia pozytonu (
mi+
) i neutron (
nie
). Reakcja IBD może być zainicjowana tylko wtedy, gdy antyneutrino posiada co najmniej 1,806 MeV energii kinetycznej (zwanej energią progową ). Ta energia progowa wynika z różnicy masy między produktami (
mi+
i
nie
) i reagenty (
ν
mi i
p
), a także nieznacznie ze względu na relatywistyczny wpływ masy na antyneutrino. Większość energii antyneutrin jest rozprowadzana do pozytonu ze względu na jego niewielką masę w stosunku do neutronu. Pozyton natychmiast ulega anihilacji materii - antymaterii po stworzeniu i daje błysk światła o energii obliczonej jako
E vis = 511 keV + 511 keV + E
ν
mi− 1806 keV = E
ν
mi- 784 keV ,
gdzie 511 keV to energia spoczynkowa elektronów i pozytonów , E vis to energia widzialna reakcji, a E
ν
mito energia kinetyczna antyneutrin . Po szybkiej anihilacji pozytonów neutron jest wychwytywany przez element detektora, wytwarzając opóźniony błysk 2,22 MeV, jeśli zostanie wyłapany na protonie. Czas opóźnionego przechwytywania wynosi 200–300 mikrosekund po rozpoczęciu IBD (≈256 μs w detektorze Borexino ). Zbieżność czasowa i przestrzenna między natychmiastową anihilacją pozytonów a opóźnionym wychwytywaniem neutronów zapewnia wyraźną sygnaturę IBD w detektorach neutrin , umożliwiając rozróżnienie od tła. Przekrój IBD zależy od energii antyneutrin i elementu wychwytującego, chociaż generalnie jest rzędu 10 -44 cm 2 (∼ attobarny ).
Indukowane neutrino
Innym rodzajem odwrotnego rozpadu beta jest reakcja
ν
mi +
nie
→
mi−
+
p
Eksperyment homestake stosowane reakcji
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−
→
nie
+
ν
mi.
Jest to podobne do odwróconej reakcji beta, w której proton zamienia się w neutron, ale jest indukowany przez wychwycenie elektronu zamiast antyneutrina.