La recherche caractérise l’empreinte des neutrinos

Le neutrino, l’une des particules subatomiques les plus insaisissables et les moins bien comprises de la nature, interagit rarement avec la matière. Cela rend les études précises du neutrino et de son partenaire antimatière, l’antineutrino, un défi. Les plus puissants émetteurs de neutrinos sur Terre – les réacteurs nucléaires – jouent un rôle clé dans l’étude de ces particules. Les chercheurs ont conçu l’expérience d’oscillation et de spectre de réacteur de précision (PROSPECT) pour des études détaillées des antineutrinos électroniques provenant du cœur du réacteur isotopique à haut flux (HFIR).

La collaboration de recherche PROSPECT a désormais rapporté la mesure la plus précise jamais réalisée du spectre énergétique des antineutrinos émis lors de la fission de l’uranium 235 (U-235). Ces résultats apportent aux scientifiques de nouvelles informations sur la nature de ces particules.

Les collaborateurs de PROSPECT représentent plus de 60 participants issus de 13 universités et de quatre laboratoires nationaux. Ils ont construit un nouveau système de détection d’antineutrinos et l’ont installé avec un blindage étendu et personnalisé contre l’arrière-plan au réacteur de recherche HFIR, une installation utilisateur du Bureau des sciences du Département de l’énergie (DOE) du Laboratoire national d’Oak Ridge. Les recherches se concentrent sur les antineutrinos issus de la fission de l’U-235. Produits par la désintégration bêta nucléaire, les antineutrinos sont les homologues des neutrinos en particules d’antimatière.

PROSPECT a fourni un aperçu de la physique fondamentale des neutrinos et constitue un outil puissant pour mieux comprendre les processus nucléaires dans les réacteurs à fission. PROSPECT a désormais rapporté la mesure la plus précise du spectre énergétique des antineutrinos de l’U-235. De plus, cela fournit de nouvelles contraintes sur l’origine de l’inadéquation observée entre les modèles de données et les données. Ces résultats ont mis en évidence la nécessité de meilleurs modèles décrivant la production d’antineutrinos à partir d’isotopes fissiles. Les résultats sont publiés dans la revue Lettres d’examen physique.

Les scientifiques s’intéressent aux propriétés du neutrino car elles permettent de tester directement le modèle standard de la physique des particules. C’est la théorie décrivant les interactions entre toutes les particules fondamentales de l’univers. Les suggestions pour la physique qui ne sont pas expliquées par le modèle standard proviennent de désaccords entre les prédictions basées sur le modèle et les données expérimentales. Ces expériences basées sur des réacteurs ont détecté moins de neutrinos que prévu et ont découvert des incohérences dans une petite région du spectre énergétique.

Le nouveau résultat de la collaboration PROSPECT répond directement à ces incohérences. Le résultat le fait en fournissant un nouveau spectre d’énergie de référence. Cela apporte également de nouvelles contraintes sur l’origine des désaccords entre données et modèles.

Les expériences basées sur des réacteurs nucléaires ont franchi des étapes importantes dans la physique des neutrinos, telles que la première détection expérimentale de la particule et la confirmation que les neutrinos changent de type au cours de leur déplacement. Des caractéristiques uniques telles qu’une intensité élevée et un cœur compact de combustible U-235 hautement enrichi font du HFIR un emplacement idéal pour poursuivre cette longue association entre les réacteurs et de nouvelles connaissances sur les propriétés des neutrinos.