Decaimento beta inverso - Inverse beta decay
O decaimento beta inverso , comumente abreviado para IBD, é uma reação nuclear envolvendo o espalhamento de antineutrino do elétron de um próton , criando um pósitron e um nêutron . Este processo é comumente usado na detecção de antineutrinos de elétrons em detectores de neutrino , como a primeira detecção de antineutrinos no experimento de neutrino de Cowan-Reines , ou em experimentos de neutrino como KamLAND e Borexino . É um processo essencial para experiências que envolvem neutrinos de baixa energia (<60 MeV ), tais como aqueles que estudam a oscilação de neutrinos , neutrinos reactor , neutrinos estéreis , e geoneutrinos. A reação IBD só pode ser usada para detectar antineutrinos (em vez de neutrinos de matéria normal, como do Sol) devido à conservação do leptão .
Reações
Induzido por antineutrino
O decaimento beta inverso prossegue conforme
ν
e +
p
→
e+
+
n
,
onde um elétron antineutrino (
ν
e) interage com um próton (
p
) para produzir um pósitron (
e+
) e um nêutron (
n
) A reação IBD só pode ser iniciada quando o antineutrino possuir pelo menos 1,806 MeV de energia cinética (chamada de energia de limiar ). Este limite de energia é devido a uma diferença de massa entre os produtos (
e+
e
n
) e os reagentes (
ν
e e
p
) e também ligeiramente devido a um efeito de massa relativística sobre o antineutrino. A maior parte da energia antineutrino é distribuída ao pósitron devido à sua pequena massa em relação ao nêutron. O pósitron imediatamente sofre aniquilação de matéria-antimatéria após a criação e produz um flash de luz com energia calculada como
E vis = 511 keV + 511 keV + E
ν
e- 1806 keV = E
ν
e- 784 keV ,
onde 511 keV é a energia de repouso do elétron e pósitron , E vis é a energia visível da reação, e E
ν
eé a energia cinética antineutrino . Após a rápida aniquilação do pósitron , o nêutron sofre captura de nêutrons em um elemento do detector, produzindo um flash retardado de 2,22 MeV se capturado em um próton. O tempo da captura atrasada é de 200-300 microssegundos após o início do IBD (≈256 μs no detector Borexino ). A coincidência temporal e espacial entre a aniquilação imediata de pósitrons e a captura retardada de nêutrons fornece uma assinatura IBD clara em detectores de neutrino , permitindo a discriminação de fundo. A seção transversal IBD é dependente da energia antineutrino e do elemento de captura, embora geralmente seja da ordem de 10 −44 cm 2 (∼ attobarns ).
Induzido por neutrino
Outro tipo de decaimento beta inverso é a reação
ν
e +
n
→
e-
+
p
O experimento Homestake usou a reação
para detectar neutrinos solares.
Elétron induzido
Durante a formação de estrelas de nêutrons , ou em isótopos radioativos capazes de captura de elétrons , os nêutrons são criados por captura de elétrons:
p
+
e-
→
n
+
ν
e.
Isso é semelhante à reação beta inversa em que um próton é transformado em um nêutron, mas é induzido pela captura de um elétron em vez de um antineutrino.