La recherche caractérise l'empreinte des neutrinos.

24 octobre 2023

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par le Département de l'Énergie des États-Unis

Le neutrino, l'une des particules subatomiques les plus insaisissables et les moins comprises de la nature, interagit rarement avec la matière. Cela rend les études de précision sur le neutrino et son partenaire d'antimatière, l'antineutrino, un défi. Les émetteurs les plus puissants de neutrinos sur Terre - les réacteurs nucléaires - jouent un rôle clé dans l'étude de ces particules. Les chercheurs ont conçu l'Expérience de Spectre et d'Oscillation de Réacteur de Précision (PROSPECT) pour des études détaillées sur les antineutrinos électroniques provenant du cœur du Réacteur à Haut Flux d'Isotopes (HFIR). 

Maintenant, la collaboration de recherche PROSPECT a rapporté la mesure la plus précise jamais réalisée du spectre d'énergie des antineutrinos émis par la fission de l'uranium-235 (U-235). Ces résultats fournissent 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 système de détection d'antineutrinos novateur et l'ont installé avec une protection extensive et adaptée contre les interférences au réacteur de recherche HFIR, une installation utilisateur du Département de l'Énergie (DOE) du Laboratoire national d'Oak Ridge. La recherche se concentre sur les antineutrinos émergeant de la fission de l'U-235. Produits par la désintégration bêta nucléaire, les antineutrinos sont des particules d'antimatière qui correspondent aux neutrinos.

PROSPECT a apporté des éclaircissements sur la physique fondamentale des neutrinos et est un outil puissant pour mieux comprendre les processus nucléaires dans les réacteurs de fission. PROSPECT a maintenant rapporté la mesure la plus précise du spectre d'énergie des antineutrinos provenant de l'U-235. De plus, il fournit de nouvelles contraintes sur l'origine des divergences observées entre les données et le modèle. Ces résultats ont clairement montré la nécessité de meilleurs modèles décrivant la production d'antineutrinos à partir d'isotopes fissiles. Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Les scientifiques s'intéressent aux propriétés du neutrino car elles permettent de tester directement le Modèle Standard de la physique des particules. Il s'agit de la théorie qui décrit les interactions entre toutes les particules fondamentales de l'univers. Des suggestions de physique qui ne sont pas expliquées par le Modèle Standard sont apparues en raison de divergences entre les prédictions basées sur le modèle et les données des expériences. Ces expériences basées sur les réacteurs ont détecté moins de neutrinos que prévu et ont trouvé des incohérences dans une petite région du spectre d'énergie.

Le nouveau résultat de la collaboration PROSPECT aborde directement ces incohérences. Il le fait en fournissant un nouveau spectre d'énergie de référence. Il fournit également de nouvelles contraintes sur l'origine des divergences entre les données et les modèles.

Les expériences réalisées auprès des réacteurs nucléaires ont atteint 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 lors de leur voyage. Des caractéristiques uniques telles qu'une intensité élevée et un cœur compact d'uranium-235 fortement enrichi font du HFIR un lieu idéal pour poursuivre cette longue association entre les réacteurs et les nouvelles connaissances sur les propriétés des neutrinos.

Informations sur la revue : Physical Review Letters

Fourni par le Département de l'Énergie des États-Unis