Nye målinger tyder på antineutrino-anomali, der er drevet af modelleringsfejl

Resultater fra en ny videnskabelig undersøgelse kan kaste lys over et misforhold mellem forudsigelser og nylige målinger af spøgelsesagtige partikler, der strømmer fra atomreaktorer - den såkaldte "reaktor antineutrino anomali, ", hvilket har undret fysikere siden 2011.

Anomalien henviser til det faktum, at forskere, der sporer produktionen af ​​antineutrinoer - udsendt som et biprodukt af de nukleare reaktioner, der genererer elektrisk strøm - rutinemæssigt har opdaget færre antineutrinoer, end de forventede. En teori er, at nogle neutrinoer forvandles til en uopdagelig form kendt som "sterile" neutrinoer.

Men de seneste resultater fra Daya Bay-reaktorneutrinoeksperimentet, placeret ved et atomkraftkompleks i Kina, foreslå en enklere forklaring - en fejlberegning i den forudsagte hastighed af antineutrino-produktion for en bestemt komponent af atomreaktorbrændsel.

Antineutrinoer bortfører omkring 5 procent af den energi, der frigives som uran- og plutoniumatomer, der brænder reaktorens spaltning, eller "fission". Sammensætningen af ​​brændstoffet ændres, når reaktoren er i drift, med henfald af forskellige former for uran og plutonium (kaldet "isotoper"), der producerer forskellige antal antineutrinoer med forskellige energiområder over tid, selvom reaktoren støt producerer elektrisk strøm.

De nye resultater fra Daya Bay – hvor forskere har målt mere end 2 millioner antineutrinoer produceret af seks reaktorer i løbet af næsten fire års drift – har fået forskerne til at genoverveje, hvordan sammensætningen af ​​brændstoffet ændrer sig over tid, og hvor mange neutrinoer der kommer fra hver af de henfaldskæder.

Forskerne fandt ud af, at antineutrinoer produceret af nukleare reaktioner, der er et resultat af spaltningen af ​​uran-235, en spaltbar isotop af uran, der er almindelig i nukleart brændsel, var ikke i overensstemmelse med forudsigelser. En populær model for uranium-235 forudsiger omkring 8 procent flere antineutrinoer, der kommer fra henfald af uranium-235, end hvad der faktisk blev målt.

I modsætning, antallet af antineutrinoer fra plutonium-239, den næstmest almindelige brændstofingrediens, viste sig at stemme overens med forudsigelser, selvom denne måling er mindre præcis end den for uraninum-235.

Hvis sterile neutrinoer - teoretiske partikler, der er en mulig kilde til universets enorme usete eller "mørke" stof - var kilden til anomalien, så ville forsøgslederne observere en lige stor udtømning i antallet af antineutrinoer for hver af brændstofingredienserne, men de eksperimentelle resultater mistaler denne hypotese.

Den seneste analyse tyder på, at en fejlberegning af hastigheden af ​​antineutrinoer produceret ved spaltningen af ​​uran-235 over tid, snarere end tilstedeværelsen af ​​sterile neutrinoer, kan være forklaringen på anomalien. Disse resultater kan bekræftes af nye eksperimenter, der vil måle antineutrinoer fra reaktorer, der næsten udelukkende er drevet af uran-235.

Arbejdet kunne hjælpe forskere ved Daya Bay og lignende eksperimenter med at forstå de fluktuerende hastigheder og energier af de antineutrinoer, der produceres af specifikke ingredienser i den nukleare fissionsprocessen gennem hele det nukleare brændselskredsløb. En forbedret forståelse af brændselsudviklingen inde i en atomreaktor kan også være nyttig til andre nuklearvidenskabelige applikationer.