KamLAND
KamLAND — Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector — находится в той самой каверне в Японии, в которой прежде работал детектор Kamiokande. Он начал работу в 2002 году и дал результат, который окончательно закрепил осцилляции нейтрино.
Устройство
В центре висит баллон из тончайшей полимерной плёнки с 1 000 тоннами сцинтиллятора, окружённый буферной жидкостью, стальным баком с 1 879 фотоумножителями и, наконец, водяной оболочкой. Сверху лежит 1 000 метров скалы.
Регистрируются антинейтрино по обратному бета-распаду — с тем же запаздывающим совпадением двух световых вспышек, которое Коуэн и Райнес изобрели в 1956 году.
То, что установку удалось создать в уже существующей каверне, сэкономило годы. Kamiokande в 1996 году был сменён Super-Kamiokande и стоял пустым.
Целая страна как источник
Особенность KamLAND — источник. Вместо одного-единственного реактора детектор использует все атомные электростанции Японии — ко времени постройки около 55 реакторов, распределённых по стране, в среднем примерно в 180 километрах.
Это расстояние и было решающим. Прежние реакторные эксперименты имели дистанции от нескольких сотен метров до километра и не находили ничего. А при 180 километрах лежит как раз та область, в которой должна была бы действовать осцилляция, выведенная из солнечных нейтрино.
Тем самым удалось решить вопрос, который все солнечные измерения оставляли открытым: проявляется ли тот же эффект и у источника, который известен, силу которого можно рассчитать и который стоит на Земле?
Исчезновение
В 2002 году KamLAND сообщил, что антинейтрино не хватает. Около 40 процентов ожидаемой скорости счёта не доходили.
Одно это ещё не подтверждало осцилляцию с необходимостью — дефицит могли бы породить и другие объяснения. Распад нейтрино в пути, уход в дополнительные пространственные измерения: и то и другое рассматривалось всерьёз.
Форма волны
Настоящий триумф последовал двумя годами позже. С большим объёмом данных можно было не только считать, сколько не хватает, но и при какой энергии.
И там проявилась характерная форма: провал в спектре, затем подъём, затем второй провал. Именно так выглядит осцилляция, если отложить её по энергии — вероятность колеблется туда-сюда.
Распад нейтрино дал бы гладко спадающий спектр, уход в дополнительные измерения — другой. Только осцилляция порождает волны.
Тем самым истолкование проблемы солнечных нейтрино было подтверждено независимо от любых предположений о Солнце, а соответствующая разность масс определена с точностью до нескольких процентов.
Взгляд в недра Земли
В 2005 году KamLAND сообщил о первой регистрации геонейтрино — антинейтрино из радиоактивного распада урана и тория в мантии и коре Земли.
Японское расположение само по себе для этого невыгодно, потому что множество реакторов создаёт сильный фон. После остановки почти всех японских атомных электростанций начиная с 2011 года условия невольно значительно улучшились — редкий случай, когда эксперимент выиграл от события за пределами науки.
KamLAND-Zen
С 2011 года внутри висит дополнительный, меньший баллон с ксеноном-136, растворённым в сцинтилляторе. С его помощью коллаборация ищет безнейтринный двойной бета-распад — тот процесс, который показал бы, что нейтрино является собственной античастицей.
Конструкция примечательно экономна: вместо того чтобы возводить новый детектор, имеющийся дополняют объёмом внутри объёма. Ксенон к тому же можно извлечь и снова залить, что позволяет переделки.
Распад найден не был. Нижние границы для периода полураспада принадлежат к самым строгим в мире.
Связанные понятия
- Реакторные нейтрино — источник
- Daya Bay — другой большой реакторный эксперимент
- Геонейтрино — взгляд в недра Земли
- JUNO — преемник в двадцатикратном масштабе
Источники
- Коллаборация KamLAND: First Results from KamLAND: Evidence for Reactor Antineutrino Disappearance, Physical Review Letters 90, 021802 (2003).
- Коллаборация KamLAND: Experimental investigation of geologically produced antineutrinos with KamLAND, Nature 436, 499 (2005).