Электронное антинейтрино обнаружено

    Гипотеза нейтрино была выдвинута В. Паули в 1931 г., чтобы спасти законы сохранения энергии, импульса и момента количества движения в бета-распаде. Проблема заключалась в том, что, несмотря на вполне определенные энергии начального и конечного состояний ядер, электроны бета-распада имели непрерывный спектр. Для объяснения этого Паули предположил, что наряду с электроном образуется еще одна частица - нейтрино, которая уносит часть энергии бета-распада. Паули предсказал свойства нейтрино. Нейтрино является электрически нейтральной частицей со спином s = 1/2, с очень маленькой массой и большой проникающей способностью, т.е. малой величиной сечения взаимодействия с веществом.
    Сечение взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с энергией несколько МэВ с веществом ~10^-43 см², поэтому для их регистрации необходимы большие их потоки, большие объемы вещества, в котором происходят взаимодействия и большое время измерения.
    Доказать существование электронного антинейтрино удалось в 1956 г. Райнесу и Коуэну. Они использовали реакцию

В качестве источника антинейтрино был использован атомный реактор. Образующиеся в реакторе продукты (осколки) деления как правило β^--активны.
    Рассмотрим реакцию деления, в результате которой с большой вероятностью образуются, например, осколки  ⁹⁵Sr и ¹³⁹Xe

²³⁵U + n → ²³⁶U → ⁹⁵Sr + ¹³⁹Xe + 2n

⁹⁵Sr и ¹³⁹Xe служат источниками серии бета-распадов

₃₈Sr → ₃₉Y → ₄₀Zr → ₄₁Nb → ₄₂Mo
₅₄Xe → ₅₅Cs → ₅₆Ba → ₅₅La

В данном примере, одно деление сопровождается семью бета-распадами и образованием семи антинейтрино. Таким образом атомный реактор является источником высокоинтенсивного потока антинейтрино,  которые в эксперименте Райнеса и Коуэна регистрировались с помощью реакции (1). Протонная мишень представляла из себя два бака по 200 л каждый, заполненные раствором хлористого кадмия в воде (CdCl₂+H₂O). Возникающие в результате реакции (1) позитроны регистрировались по аннигиляционным γ-квантам, образующимся при взаимодействии позитронов с электронами вещества мишени.

e⁺ + e⁻ → 2γ

Образующиеся в результате аннигиляции γ-кванты вызывали световые вспышки в жидких сцинтилляторах (3 емкости по 1200 л каждая), расположенных по обе стороны от протонных мишеней, которые регистрировали 100 фотоумножителей.   Образующиеся в реакции (1) нейтроны замедлялись в мишени до тепловых энергий и поглощались кадмием, который имеет большое сечение захвата тепловых нейтронов (реакция ¹⁰⁸Cd(n,γ)¹⁰⁹Cd). Среднее время  замедления нейтронов в водородосодержащей среде ~10 мкс. Таким образом для идентификации антинейтрино регистрировались аннигиляционные γ-кванты и образующиеся приблизительно через 10 мкс γ-кванты из реакции радиационного захвата на ядрах кадмия.
    В результате опытов Райнеса и Коуэна было обнаружено, что антинейтрино действительно взаимодействует с протоном с образованием в конечном состоянии нейтрона и позитрона. О сложности выполненного эксперимента можно судить пол следующим цифрам. В результате первой серии эксперимента, длившегося 200 часов, было зарегистрировано 567 событий, вызванных взаимодействием антинейтрино с протоном, при этом фон составлял 209 событий. Для величины сечения реакции захвата антинейтрино протоном было получено значение

σ(, p) = 10^-43 см²,

что находилось в хорошем согласии с предварительными теоретическими оценками.

19.01.17