Inverzní beta rozpad

Inverzní beta rozpad, běžně označovaný zkratkou IBD, 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), například při studiu neutrinových oscilací, reaktorových neutrin, sterilních neutrin a geoneutrin.

Reakce

Inverzní beta rozpad probíhá jako

${\overline{\nu }}_e+p\to e^{+}+n$,

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

$E_{\text{vis}}=511\text{ keV}+511\text{ keV}+(E_{{\overline{\nu }}_e}-1806\text{ keV})=E_{{\overline{\nu }}_e}-782\text{ keV}$,

kde 511 keV je zbytková hmota elektronu a pozitronu, $E_{\text{vis}}$ je viditelná energie reakce a $E_{{\overline{\nu }}_e}$ 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. Čas zpoždění je 200 až 300 mikrosekund po zahájení reakce (256 mikrosekund u detektoru Borexino ). Načasování a prostorová koincidence mezi rychlou anihilací pozitronu a zpožděným neutronovým záchytem poskytuje jasný podpis reakce v neutrinových detektorech.

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.