역 베타 붕괴

Inverse beta decay
이 기사는 안티뉴트리노 포획에 관한 것이다. 전자 포획에 대해서는 전자 포획을 참조한다.

일반적으로 IBD로 약칭되는 역 베타 붕괴는 양성자로부터 전자 안티뉴트리노가 산란하여 양전자 및 중성자를 생성하는 핵반응이다.[1] 이 과정은 코완-라인즈 중성미자 실험에서 안티뉴트리노스의 첫 번째 검출과 같이 중성미자 검출기에서 전자 안티뉴트리노의 검출이나 캄과 같은 중성미자 실험에서 일반적으로 사용된다.랜드와 보레시노. 중성미자 진동,[2] 원자로 중성미자, 멸균 중성미자, 지오뉴트리노 등 저에너지 중성미자(<60MeV)[2]와 관련된 실험에 필수적인 과정이다.[3] IBD 반응은 렙톤 보존에 기인하는 안티뉴트리노(태양으로부터 오는 것과 같은 정상 물질 중성미자보다)를 검출하는 데만 사용할 수 있다.[citation needed]

반응

안티뉴트리노 유도

역 베타 붕괴는 다음과 같이 진행된다.


ν
e +
p
 →
e+
 +
n
,[2][3][4]

여기서 전자 안티뉴트리노(
antineutrino
e)는 양성자(
p
+
)와 상호작용하여 양전자(
e)와
중성자(
n)를 생산한다. IBD 반응은 안티뉴트리노가 적어도 1.806 MeV의[3][4] 운동 에너지(임계값 에너지라고 함)를 보유하고 있을 때만 시작될 수 있다. 이 문턱 에너지는 제품(
e와+
n
)과 반응제(
ν과
e p
)의 질량 차이로 인한 것이며, 또한 항니뇨에 대한 상대론적 질량 효과로도 약간 기인한다. 대부분의 안티뉴트리노 에너지는 중성자에 비해 질량이 작기 때문에 양전자에게 분배된다. 양전자(positron)는 생성 후 즉시[4] 물질-반물질 전멸을 겪으며, 다음과 같이 계산된 에너지로 섬광을 산출한다.

Evis = 511 keV + 511 keV + E
ν
e − 1806 keV = E
ν
e − 784 keV,[5]

여기서 511 keV는 전자와 양전자의 휴식 에너지, E는vis 반응에서 볼 수 있는 에너지
ν
e, E는 안티뉴트리노 운동 에너지다. 순간 양전자 전멸 후 중성자는 검출기 내 소자에 중성자 포획을 수행하여 양성자에 포획될 경우 2.22 MeV의 지연 플래시를 생성한다.[4] 지연된 캡쳐의 타이밍은 IBD 개시 후 200~300마이크로초(보레시노 검출기의[4] μs)이다. 즉석 양전자 전멸과 지연된 중성자 포획 사이의 타이밍과 공간적 우연은 중성자 검출기에서 명확한 IBD 서명을 제공하여 배경과의 차별화를 가능하게 한다.[4] IBD 단면은 일반적으로 10−44 cm2 (~ attobarns)의 순서에 따르지만 항니뇨 에너지와 포획 요소에 의존한다.[6]

중성미자 유도

다른 종류의 역 베타 붕괴는 반응이다.


ν
e +
n
 →
e−
 +
p

홈스테이크 실험은 그 반응을 이용했다.

태양 중성미자를 검출하기 위해서입니다.

전자 유도

중성자 항성이 형성되는 동안 또는 전자 포획이 가능한 방사성 동위원소에서 중성자는 전자 포획에 의해 생성된다.


p
 +
e−
 →
n
 +
ν
e.

이는 양성자가 중성자로 바뀌었다는 점에서 역 베타 반응과 비슷하지만, 안티뉴트리노 대신 전자 포획에 의해 유도된다.

참고 항목

참조

  1. ^ Daya Bay Collaboration; An, F. P.; Balantekin, A. B.; Band, H. R.; Bishai, M.; Blyth, S.; Butorov, I.; Cao, D.; Cao, G. F. (2016-02-12). "Measurement of the Reactor Antineutrino Flux and Spectrum at Daya Bay". Physical Review Letters. 116 (6): 061801. arXiv:1508.04233. Bibcode:2016PhRvL.116f1801A. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061801. PMID 26918980. S2CID 8567768.
  2. ^ a b c Vogel, P.; Beacom, J. F. (1999-07-27). "Angular distribution of neutron inverse beta decay". Physical Review D. 60 (5): 053003. arXiv:hep-ph/9903554. Bibcode:1999PhRvD..60e3003V. doi:10.1103/PhysRevD.60.053003.
  3. ^ a b c Oralbaev, A.; Skorokhvatov, M.; Titov, O. (2016-01-01). "The inverse beta decay: a study of cross section". Journal of Physics: Conference Series. 675 (1): 012003. Bibcode:2016JPhCS.675a2003O. doi:10.1088/1742-6596/675/1/012003. ISSN 1742-6596.
  4. ^ a b c d e f Bellini, G.; Benziger, J.; Bonetti, S.; Avanzini, M. Buizza; Caccianiga, B.; Cadonati, L.; Calaprice, F.; Carraro, C.; Chavarria, A. (2010-04-19). "Observation of geo-neutrinos". Physics Letters B. 687 (4–5): 299–304. arXiv:1003.0284. Bibcode:2010PhLB..687..299B. doi:10.1016/j.physletb.2010.03.051.
  5. ^ Bellini, G.; Benziger, J.; Bonetti, S.; Avanzini, M. Buizza; Caccianiga, B.; Cadonati, L.; Calaprice, F.; Carraro, C.; Chavarria, A. (2013-04-15). "Measurement of geo-neutrinos from 1353 days of Borexino". Physics Letters B. 722 (4–5): 295–300. Bibcode:2013PhLB..722..295B. doi:10.1016/j.physletb.2013.04.030.
  6. ^ Strumia, Alessandro; Vissani, Francesco (2003-07-03). "Precise quasielastic neutrino/nucleon cross-section". Physics Letters B. 564 (1): 42–54. arXiv:astro-ph/0302055. Bibcode:2003PhLB..564...42S. doi:10.1016/S0370-2693(03)00616-6. S2CID 7915354.