146 கி.மீ. தொலைவிலுள்ள அணுமின் நிலையங்களைப் பிடிக்கும் ராட்சத நீர்த் தொட்டி

அணு உலைகள் எலக்ட்ரான் எதிர்நியூட்ரினோக்களின் தொழிற்சாலைகள். எரிபொருளுக்குள், பிளவுத் துண்டுகள் பீட்டாச் சிதைவுக்கு உள்ளாகின்றன: ஓர் அணுக்கருவிலுள்ள நியூட்ரான் ஒரு புரோட்டானாகவும் ஓர் எலக்ட்ரானாகவும் ஓர் எதிர்நியூட்ரினோவாகவும் மாறுகிறது. உண்மையில், 1956 கோவன்–ரெய்ன்ஸ் சோதனையில், முதன்முதலில் கண்டறியப்பட்ட நியூட்ரினோ மூலம் அணு உலைகளே. அன்றுமுதல், நியூட்ரினோக்கள் எப்படி அலைவுறுகின்றன — பயணிக்கும்போது வகை மாறுகின்றன — என்பதை அளக்க அவை உதவியுள்ளன.

ஜப்பான், அமெரிக்கா, ஐரோப்பா, கொரியா, சீனா, கனடா மற்றும் பிற இடங்களைச் சேர்ந்த சுமார் 250 இயற்பியலாளர்களைக் கொண்ட சூப்பர்-காமியோகாண்டே கூட்டமைப்பு, தங்கள் உணரியும் அவற்றைக் காண்கிறது என்று இப்போது அறிவிக்கிறது.

பெரிய வேட்டைக்காகக் கட்டப்பட்ட தொட்டி

சூப்பர்-காமியோகாண்டே என்பது ஜப்பானின் காமியோகா சுரங்கத்தில் நிலத்துக்கடியில் 1,000 மீட்டர் ஆழத்திலுள்ள 50 கிலோடன் நீர் உணரி. அதன் உள் கொள்ளளவில் 32,000 டன் நீர் உள்ளது; ஒவ்வொன்றும் 20 அங்குல அகலமுள்ள 11,129 ஒளி உணரிகள் அதைக் கண்காணிக்கின்றன. நீரைக் கடக்கும் வேகமான மின்னூட்டத் துகள் ஒன்று, செரன்கோவ் ஒளி எனப்படும் மங்கலான ஒளிக் கூம்பை உமிழ்கிறது; அதிலிருந்து அதன் இருப்பிடம், திசை, ஆற்றல் ஆகியவற்றை மீட்டுருவாக்கலாம்.

ஆனால் அணு உலை எதிர்நியூட்ரினோக்கள் சில மில்லியன் எலக்ட்ரான்வோல்ட் ஆற்றலை மட்டுமே கொண்டுள்ளன. இந்தக் குறைந்த ஆற்றல் வரம்பில், ஒற்றை மின்னல் இயற்கைக் கதிரியக்கத்துக்கும் அண்டக் கதிர்களின் சிதைவுகளுக்கும் இடையே எளிதில் தொலைந்துவிடுகிறது.

ஒரு சிட்டிகை கடோலினியம்

உத்தி, இரண்டு துடிப்புகள் கொண்ட ஓர் அடையாளம். ஓர் எதிர்நியூட்ரினோ நீரிலுள்ள புரோட்டானைத் தாக்கும்போது, உடனே மின்னும் ஒரு பாசிட்ரானையும், அலைந்து, வேகம் குறைந்து, இறுதியில் ஓர் அணுக்கருவால் பிடிக்கப்படும் ஒரு நியூட்ரானையும் உருவாக்குகிறது. ஹைட்ரஜனால் பிடிக்கப்பட்டால், நியூட்ரான் காண்பதற்குக் கடினமான ஒற்றை 2.2 MeV காமா கதிரை வெளியிடுகிறது. கடோலினியத்தால் பிடிக்கப்பட்டால், மொத்தம் சுமார் 8 MeV கொண்ட, காண்பதற்கு எளிதான காமா கதிர்களின் தொடரை வெளியிடுகிறது.

எனவே ஜூலை 2020-இல், 13 டன் கடோலினியம் சல்பேட் நீரில் கரைக்கப்பட்டது (நிறையில் 0.011%); ஜூன் 2022-இல், மேலும் 27 டன் சேர்க்கப்பட்டது (0.033%). இப்போது நியூட்ரான்களில் முதலில் சுமார் பாதி, பின்னர் சுமார் முக்கால் பங்கு, முறையே சுமார் 120, பின்னர் 60 மைக்ரோவினாடிகளுக்குள் கடோலினியத்தால் பிடிக்கப்படுகின்றன. ஒரு வேகமான மென்பொருள் தூண்டி, சுமார் 2.5 MeV வரையிலான எலக்ட்ரான்களை ஏறக்குறைய 100% திறனுடன் பிடிக்கிறது.

வகாசா விரிகுடாவைக் கேட்டல்

உணரியிலிருந்து சுமார் 200 கி.மீ. தொலைவில் பல மின் நிலையங்கள் உள்ளன; பெரும்பாலும் ஜப்பானில், கொரியாவிலிருந்து சிறு பங்களிப்புடன். மிக அருகிலுள்ள இயங்கும் நிலையங்கள் வகாசா விரிகுடாவில்: மிஹாமா 3 (146 கி.மீ.), ஓஹி 3, 4 (179 கி.மீ.), தகாஹாமா 1 முதல் 4 (191 கி.மீ.). 2020 முதல் 2023 வரை, அவற்றில் பல இயங்கிக்கொண்டோ மீண்டும் தொடங்கிக்கொண்டோ இருந்தன. சர்வதேச அணுசக்தி முகமையின் அணு உலைத் தரவுத்தளத்தைப் பயன்படுத்தி, ஒவ்வோர் உலையும் அறிவித்த சுமையிலிருந்து எதிர்பார்க்கப்படும் பாய்வு மாதந்தோறும் கணக்கிடப்பட்டது.

பின்னணி, புவிநியூட்ரினோக்கள் — பூமியின் சொந்தக் கதிரியக்கத்திலிருந்து வரும் எதிர்நியூட்ரினோக்கள் —, தற்செயல் ஒத்திசைவுகள், அண்ட மியூவான்கள் விட்டுச்செல்லும் கதிரியக்கச் சிதைவுகள் ஆகியவற்றிலிருந்து வருகிறது. அதை அளக்க, குழு ஓர் அதிர்ஷ்டச் சாளரத்தைப் பயன்படுத்தியது: நவம்பர், டிசம்பர் 2020-இல், வகாசா விரிகுடாவின் முக்கிய உலைகள் நிறுத்தப்பட்டிருந்தன அல்லது நிறுத்தப்பட்டுக்கொண்டிருந்தன. அந்த இரண்டு மாதங்களின் தரவுகள் ஏறக்குறைய முழுக்கப் பின்னணியே.

பகுப்பாய்வு, பிப்ரவரி 2021 முதல் செப்டம்பர் 2023 வரையிலான 411.52 நாட்கள் இயக்க நேரத்தை உள்ளடக்குகிறது. ஓர் இயந்திரக் கற்றல் வகைப்படுத்தியும், இரண்டு மின்னல்களுக்கு இடையிலான நேரம் (80 மைக்ரோவினாடிகளுக்குக் கீழ்), தூரம் (2 மீட்டருக்குக் கீழ்) மீதான வெட்டுகளும் வேட்பாளர் இணைகளைத் தேர்ந்தெடுக்கின்றன.

உலைகளைப் பின்தொடரும் சமிக்ஞை

மாதாந்திர நிகழ்வு வீதம் உலைகளின் செயல்பாட்டைப் பின்தொடர்கிறது, அலைவுகளை உள்ளடக்கிய முன்கணிப்புடன் ஒத்துப்போகிறது. அணு உலை எதிர்நியூட்ரினோக்கள் இல்லாத ஓர் உலகம் சுமார் 6 சிக்மா முக்கியத்துவத்துடன் நிராகரிக்கப்படுகிறது: சூப்பர்-காமியோகாண்டேயில் அணு உலை எதிர்நியூட்ரினோக்களின் முதல் கண்டறிதல். தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட மொத்த நிகழ்வுகளின் எண்ணிக்கையை ஆய்வுக் கட்டுரை தரவில்லை.

ஆற்றல் நிறமாலையிலிருந்து குழு இரண்டு அலைவு அளவுருக்களைப் பிரித்தெடுக்கிறது: sin²θ₁₂ = 0.500 ± 0.155, Δm²₂₁ = (9.08 +0.55/−0.54) × 10⁻⁵ eV².

நியூட்ரினோக்களும் எதிர்நியூட்ரினோக்களும், அருகருகே

சூப்பர்-காமியோகாண்டே சூரியனிலிருந்து வரும் நியூட்ரினோக்களையும் அளக்கிறது; அவை எதிர்ப்பொருள் அல்ல, பொருள். இரண்டையும் ஒப்பிடுவது, CPT எனப்படும் இயற்பியலின் அடிப்படைச் சமச்சீர் ஒன்றின் சோதனை. மதிப்புகள் கோணத்துக்குச் சுமார் 1.1 சிக்மாவும் நிறை வேறுபாட்டுக்கு 2.2 சிக்மாவும் வேறுபடுகின்றன; ஒட்டுமொத்தமாக, இரண்டு தரவுத் தொகுப்புகளும் 1.9 சிக்மா அளவில் இணக்கமானவை — புள்ளியியல் ரீதியாக முக்கியமான வேறுபாட்டின் அறிகுறி இல்லை. இணைக்கும்போது, அவை sin²θ₁₂ = 0.332 (+0.028/−0.026), Δm²₂₁ = (8.94 +0.46/−0.47) × 10⁻⁵ eV² ஆகியவற்றைத் தருகின்றன.

Physical Review Letters இதழுக்கு அனுப்பப்பட்ட முன்பதிப்பில் ஒரு முரண்பாடு உள்ளது: இணக்கச் சோதனை முதன்மை உரையில் Δχ² = 7.25 என்றும் பின்னிணைப்பில் 7.64 என்றும் தரப்பட்டுள்ளது; இரண்டுமே 1.9 சிக்மா என மேற்கோள் காட்டப்பட்டுள்ளன. கடோலினியம் கலந்த நீர், ராட்சத செரன்கோவ் தொட்டியைச் சில மில்லியன் எலக்ட்ரான்வோல்ட் எதிர்நியூட்ரினோக்களுக்கான செயல்படும் உணரியாக மாற்றுகிறது என்றும், அந்த ஆற்றல் வரம்பில் எதிர்கால அளவீடுகளுக்கு வாய்ப்பளிக்கிறது என்றும் ஆசிரியர்கள் முடிவு செய்கின்றனர்.