Inverzní beta rozpad

Inverzní beta rozpad, běžně označovaný zkratkou IBD,^[1] je jaderná reakce zahrnující rozptyl elektronového antineutrina a protonu, za vytvoření pozitronu a neutronu. Tento proces se běžně používá v detekci elektronových antineutrin v neutrinových detektorech, jako byla první detekce antineutrin v Cowanově–Reinesově neutrinovém experimentu, nebo v neutrinových experimentech jako KamLAND či Borexino. Je to základní proces při pokusech zahrnujících nízkoenergetická neutrina (< 60 MeV)^[2], například při studiu neutrinových oscilací,^[2] reaktorových neutrin, sterilních neutrin a geoneutrin.^[3]

Reakce

Inverzní beta rozpad probíhá jako

${\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}+p\to e^{+}+n}$,^[2][3][4]

kde elektronové antineutrino (${\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}}$) interaguje s protonem (p) za vzniku pozitronu (${\displaystyle e^{+}}$) a neutronu (n). IBD reakce může být zahájena pouze v případě, že má antineutrino kinetickou energii alespoň 1,806 MeV^[3][4] (tzv. prahová energie). Většina energie antineutrina je distribuována do pozitronu vzhledem k jeho malé hmotnosti v relaci k neutronu. Pozitron okamžitě ^[4] podléhá anihilaci za vytvoření záblesku světla s energií vypočítanou jako

${\displaystyle E_{\text{vis}}=511{\text{ keV}}+511{\text{ keV}}+(E_{{\bar {\nu }}_{e}}-1806{\text{ keV}})=E_{{\bar {\nu }}_{e}}-782{\text{ keV}}}$,^[4]

kde 511 keV je zbytková hmota elektronu a pozitronu, ${\displaystyle E_{\text{vis}}}$ je viditelná energie reakce a ${\displaystyle E_{{\bar {\nu }}_{e}}}$ je kinetická energie antineutrina. Po rychlé pozitronové anihilaci, prochází neutron neutronovým záchytem na prvek v detektoru, produkuje zpožděný záblesk o energii 2,22 MeV pokud je zachycen na protonu.^[4] Čas zpoždění je 200 až 300 mikrosekund po zahájení reakce (256 mikrosekund u detektoru Borexino ^[4]). Načasování a prostorová koincidence mezi rychlou anihilací pozitronu a zpožděným neutronovým záchytem poskytuje jasný podpis reakce v neutrinových detektorech.^[4]

Inverzní beta rozpad může také někdy odkazovat na interakci elektronu a protonu za vytvoření neutrina a neutronu, nicméně tento proces se obvykle označuje jako elektronový záchyt.

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Inverse beta decay na anglické Wikipedii.