Et skridt fremad i løsningen af ​​reaktor-neutrino-flux-problemet

Fælles indsats fra atomteorigruppen ved University of Jyvaskyla og det internationale samarbejde EXO-200-eksperiment baner vejen for løsning af reaktorantineutrino-fluxproblemer. EXO-200-samarbejdet består af forskere fra 26 laboratorier, og eksperimentet er designet til at måle massen af ​​neutrinoen. Som et biprodukt af eksperimentets kalibreringsindsats kunne elektronens spektrale form af beta-henfaldet af Xe-137 måles. Dette særlige henfald er optimalt velegnet til test af en teoretisk hypotese for at løse den mangeårige og vedvarende reaktor-antineutrino-anomali. Resultaterne af målinger af den spektrale form blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve i juni 2020.

Atomreaktorer er drevet af splittelse af uran og plutoniumbrændstof. De neutronrige fissionsprodukter forfalder ved beta henfald mod beta-stabilitetslinjen ved at udsende elektroner og elektronantineutrinoer. Hvert beta-henfald producerer et kontinuerligt energispektrum for de udsendte elektroner og antineutrinoer op til en maksimal energi (beta-endepunktsenergi).

Antallet af udsendte elektroner for hver elektronenergi udgør elektronspektralformen og komplementet til den beskriver den antineutrino spektrale form.

Kernreaktorer udsender antineutrinoer med en energifordeling, der er summen af ​​antineutrinospektrale former for alle beta -henfald i reaktoren. Denne energifordeling er blevet målt ved store neutrino-oscillationsforsøg. På den anden side, denne energifordeling af antineutrinos er blevet bygget ved at bruge de tilgængelige nukleare data om beta -henfald af fissionsprodukterne.

Den etablerede reference for denne konstruktion er Huber-Mueller (HM) modellen. Sammenligning af det HM-forudsagte antineutrino energispektrum med det, der blev målt ved oscillationsforsøgene, afslørede et underskud i antallet af målte antineutrinoer og et yderligere "bump", en ekstra stigning i det målte antal antineutrinoer mellem 4 og 7 MeV antineutrino -energi. Underskuddet blev opfundet i reaktoren antineutrino-anomali eller fluxanomali og har været forbundet med oscillationen af ​​de almindelige neutrinoer til de såkaldte sterile neutrinoer, som ikke interagerer med almindeligt stof, og forsvinder dermed fra den antineutrino -flux, der udsendes af reaktorerne. Indtil for nylig har der ikke været en overbevisende forklaring på bumpens udseende i den målte antineutrino -flux.

Kun for nylig er en potentiel forklaring på fluxanomali og bump blevet diskuteret kvantitativt. Fluksunderskuddet og bumpen kan være forbundet med udeladelse af nøjagtige spektrale former for de såkaldte førstfobiderede ikke-unikke beta-henfald taget i betragtning for første gang i den såkaldte 'HKSS' fluxmodel (fra de første bogstaver af forfatternes efternavne, L. Hayen, Kostensalo, N. Severijns, Suhonen, i den relaterede artikel).

Hvordan verificeres det, at HKSS -flux- og bumpforudsigelserne er pålidelige?

"En måde er at måle de spektrale former for nøgleovergange og sammenligne med HKSS-forudsigelserne. Disse målinger er ekstremt hårde, men for nylig kunne et perfekt testtilfælde måles ved det berømte EXO-200-samarbejde og sammenligning med vores teorigruppes forudsigelser kunne være opnået i en fælles publikation [AlKharusi2020]. Der blev opnået et perfekt match med den målte og teori-forudsagte spektrale form, understøtter dermed HKSS -beregningerne og dens konklusioner. Yderligere målinger af spektrale former for andre overgange kunne forventes i den (nær) fremtid ", siger professor Jouni Suhonen fra Institut for Fysik ved Jyvaskyla Universitet.