В ядерной физике и физике элементарных частиц обратный бета-распад , обычно сокращенно IBD , [1] представляет собой ядерную реакцию, включающую рассеяние электронного антинейтрино на протоне , создавая позитрон и нейтрон . Этот процесс обычно используется для обнаружения электронных антинейтрино в детекторах нейтрино , например, при первом обнаружении антинейтрино в нейтринном эксперименте Коуэна-Райнса или в нейтринных экспериментах, таких как KamLAND и Borexino . Это существенный процесс для экспериментов с участием низкоэнергетических нейтрино (< 60 МэВ ) [2], например, для изучения нейтринных осцилляций , [2] реакторных нейтрино , стерильных нейтрино и геонейтрино. [3]
Обратный бета-распад происходит как [2] [3] [4]
где электронное антинейтрино (
ν
е) взаимодействует с протоном (
п
) для получения позитрона (
е+
) и нейтрон (
н
). Реакция IBD может быть инициирована только тогда, когда антинейтрино обладает по крайней мере 1,806 МэВ [3] [4] кинетической энергии (называемой пороговой энергией ). Эта пороговая энергия обусловлена разницей в массе между продуктами (
е+
и
н
) и реагенты (
ν
еи
п
) и также немного из-за эффекта релятивистской массы на антинейтрино. Большая часть энергии антинейтрино распределяется в позитроне из-за его малой массы относительно нейтрона. Позитрон быстро [4] подвергается аннигиляции материи и антиматерии после создания и дает вспышку света с энергией, рассчитанной как [5]
где 511 кэВ — энергия покоя электрона и позитрона , E vis — видимая энергия реакции, а — кинетическая энергия антинейтрино . После мгновенной аннигиляции позитрона нейтрон подвергается захвату нейтрона на элементе детектора, производя задержанную вспышку 2,22 МэВ, если захватывается протоном. [4] Время задержанного захвата составляет 200–300 микросекунд после начала IBD (≈256 мкс в детекторе Borexino [4] ). Временное и пространственное совпадение между быстрой аннигиляцией позитронов и задержанным захватом нейтронов обеспечивает четкую сигнатуру IBD в детекторах нейтрино , что позволяет отличать их от фона. [4] Поперечное сечение IBD зависит от энергии антинейтрино и захватывающего элемента, хотя обычно составляет порядка 10−44 см2 ( ~ аттобарнов ). [6]
Другим видом обратного бета-распада является реакция
В эксперименте Хоумстейка использовалась реакция
для обнаружения солнечных нейтрино.
При образовании нейтронных звезд или в радиоактивных изотопах, способных к захвату электронов , нейтроны создаются путем захвата электронов:
Это похоже на обратную бета-реакцию в том смысле, что протон превращается в нейтрон, но происходит это в результате захвата электрона вместо антинейтрино.
![{\displaystyle {\begin{aligned}E_{\text{vis}}&=511{\text{кеВ}}+511{\text{кэВ}}+E_{\rm {\,{\overline {\nu }}_{e}}}-1806{\text{ кэВ}}\\[2pt]&=E_{\rm {\,{\overline {\nu }}_{e}}}-784{\text { кэВ}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/627515db485cf4f51529460246187224a6156ec9)
