Karte zeigt geisterhafte Antineutrinos in Erde lauern

Ein Blick im Inneren der Erde hat die Verstecke der seltsame Antimaterie Partikel ergab, die nahezu masselos, wodurch eine globale Karte des Planeten so genannte Antineutrinos sind.

Antineutrinos sind die Antimaterie-Versionen von Neutrinos, Partikel, so leicht und substanzlos, dass sie kaum mit Materie wechselwirken. Sie können durch ein Lichtjahr von festen Blei und haben noch eine 50 / 50 Chance des Segelns durch, als ob es nicht da war.

Diese Teilchen werden als Nebenprodukte aus Kernreaktionen, die Sterne, den gewaltsamen Tod massereicher Sterne Kraftstoff aufgewühlt — Supernovae genannt – schwarze Löcher und Kernreaktoren hier auf der Erde.

Die Forscher der neuen Studie konzentrierte sich auf einen anderen Hersteller von Neutrinos und Antineutrinos: der Zerfall radioaktiver Elemente tief in der Erde. Wärme aus den radioaktiven Zerfall, zusammen mit der Wärme aus der Entstehung unseres Planeten übrig treibt die Bewegung der tektonischen Platten der Erde, ein Prozess, der Erdbeben und Vulkanausbrüche auslösen kann. [5 mysteriöse Teilchen, die unter der Erdoberfläche lauern können]

Als solche könnte die neuen Karten helfen Geologen herauszufinden, wie viel radioaktives Material in den Mantel im Gegensatz zu der Kruste, und davon gibt es, sie herausfinden können wie schnell die Erde von den feurigen Ursprüngen abkühlt.

Das unsichtbare zu sehen

Die Antineutrinos in der neuen Studie stammen aus den radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium. Wenn ein Uran oder Thorium Kern im radioaktiven Zerfall spaltet, gibt es ein Antineutrino. Die Antineutrinos haben einen bestimmten Bereich von Energien. Einmal in eine Weile, wird man in ein Proton, der Kern eines Wasserstoffatoms smack. Wenn dies geschieht, wird das Proton in ein Positron (ein Elektron mit einer positiven Ladung) und ein Neutron umgewandelt. Das Neutron, unterdessen kollidiert mit einem anderen Wasserstoffatom und Deuterium wird – im Wesentlichen eine schwerere Form des Wasserstoffs.

Diese Neutronen-Wasserstoff-Atom-Kollisionen erstellen einen doppelte Lichtblitz, sagte der Forscher. Diese sind schwer zu sehen, aber, weil sie passieren so selten da Antineutrinos und Neutrinos interagieren nicht oft darauf — vorstellen 1 Milliarde Kugeln auf ein Ziel schießen, aber nur einmal schlagen. Um die flüchtigen Kollisionen zu fangen erfordert Detektoren mit vielen Protonen für die Neutrinos zu treffen.

Eines der unterirdischen Detektoren, die in der Studie der Kamioka flüssigen Szintillator Antineutrino Detektor (KamLAND) in Japan verwendet z. B. 1.000 Tonnen Flüssigkeit (eine Mischung aus Benzol und Mineralöl, zusammen mit einigen fluoreszierenden Chemikalien) um die paar Antineutrinos abgefangen werden, die tatsächlich etwas getroffen wird.

Andererseits ist ebenso beeindruckend: die Borexino-Detektor befindet sich etwa eine Meile (1,5 km) unter dem Apennin in Italien, enthält 300 Tonnen organische Flüssigkeit für die Antineutrinos zu interagieren, und mehr als 2.200 Sensoren, die sich daraus ergebenden Lichtblitze zu erkennen. Die gesamte Detektor, der Bestandteil des Gran Sasso National Laboratory ist, befindet sich in eine riesige Kugel, von Wasser umgeben.

Die Forscher verwendeten Daten von beiden Detektoren um die Antineutrinos natürlich tief im Inneren der Erde produziert.

Fehlende Wärme

William McDonough, Co-Autor der neuen Studie und Professor für Geologie an der University of Maryland, gesagt: Live Science Studium Antineutrinos tief im Inneren des Planeten Wissenschaftler helfen kann Modelle der Erdmantel Pin.

"[Die Zeit der Mathematiker und Physiker William Thomson], dort seit Debatte über den Haushalt der Wärme der Erde," sagte McDonough.

Aktuelle Schätzungen wieviel Erde jede Milliarde Jahren abgekühlt ist, da die Planeten gebildet um 50 Prozent variieren kann. Diese Berechnungen sind kompliziert, weil sie berücksichtigen die isolierende Wirkung der Erdkruste und Annahmen über Konzentrationen radioaktiver Elemente in den Mantel, hinzugefügt McDonough.

Das ist, wo die neue mittlere Karte nützlich sein kann. Solche Karten können bieten Einblicke in wie viel Uran und Thorium landete in der Kruste und wieviel in den Mantel landete der Erde.

Was ging, wo und wann

Antineutrino Karten weiter verbreitet und präziser werden, sollte die Masse Mengen von Uran und Thorium im Erdmantel aufzulesen möglich. Wissenschaftler wissen zum Beispiel, etwa wie viel Uran in der Kruste des Planeten ist, weil das Material aus dem Boden zu Kernkraftwerken Brennstoff abgebaut werden kann. Aber Schätzungen der Fülle von Uran und Thorium im Erdmantel sehr unterschiedlich. Eine konservative Schätzung ca. 10 Teile pro Milliarde von Uran, sagte McDonough.

"Das würde bedeuten, etwa 70 Prozent des Urans in der Erdkruste ist", sagte er. Drei Viertel der Erdoberfläche Uran ist 30 Teile pro Milliarde im Erdmantel.

Diese natürlich vorkommenden Elemente zu studieren hat auch Auswirkungen auf Verständnis, wie Planeten entstehen, McDonough sagte. Aber abgesehen von enthüllt die Struktur der Erde, können solche Karten helfen, illegale Kernreaktoren auf der ganzen Welt zu finden. Ein Projekt in Ohio ist entwickelt, um die Erkennung von Antineutrinos speziell für diesen Zweck zu verwenden, und Experimente wie diese zeigen, es ist möglich, subtrahieren Sie Hintergrundgeräusche in Form von natürlich vorkommenden radioaktiven Elementen auf der Erde und aus kosmischen Quellen. In der Tat, zukünftige Updates für diese mittlere Karte zeigt, wo bestehende Atomreaktoren außer Betrieb gesetzt werden (oder wo neue gestartet werden), sagte der Forscher.

Eine vollständigere Karte würde eine umfassendere Geschichte erzählen, aber das würde bedeuten, dass Gebäude mehr Detektoren. "Eines der mehr phantasievollen Ideen, die wir versucht haben, zu verkaufen ist einen Neutrino-Detektor zu bauen und legen Sie es auf den Boden des Pazifischen Ozeans", sagte McDonough. "Man bekommt ein wirklich schöner Mantel-Signal gibt."

Die Studie erschien Sept.1 in der Zeitschrift wissenschaftliche Berichte.

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