La ricerca caratterizza l'impronta dei neutrini.

24 ottobre 2023

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a cura del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti

I neutrini, alcune delle particelle subatomiche più segrete e meno comprese del mondo naturale, interagiscono raramente con la materia. Ciò rende gli studi di precisione del neutrino e del suo analogo dell’antimateria, l’antineutrino, piuttosto complicati. Queste particelle sono meglio studiate nelle forti emissioni di neutrini dei reattori nucleari. I ricercatori hanno sviluppato uno strumento appositamente progettato per analisi raffinate degli antineutrini elettronici dal nucleo del reattore ad alto flusso isotopico (HFIR), denominato Precision Reactor Oscillation and Spectrum Experiment (PROSPECT).

Il consorzio PROSPECT ha recentemente reso pubblica la misurazione finora più accurata dello spettro energetico degli antineutrini derivanti dalla fissione dell'uranio-235 (U-235). Questi nuovi dati arricchiscono la comprensione degli scienziati di queste particelle.

Più di 60 collaboratori provenienti da 13 università e quattro laboratori nazionali compongono il team PROSPECT. Hanno costruito un esclusivo sistema di rilevamento degli antineutrini e lo hanno installato con una schermatura specializzata contro le interferenze di fondo presso il reattore di ricerca HFIR, una struttura utente del DOE Office of Science situata presso l'Oak Ridge National Laboratory. Gli esperimenti si sono concentrati principalmente sugli antineutrini prodotti dalla disintegrazione dell'U-235. Il decadimento beta delle sostanze nucleari crea questi antineutrini, che sono le particelle di antimateria equivalenti ai neutrini.

PROSPECT offre informazioni sulla fisica essenziale dei neutrini e facilita una migliore comprensione dei processi nucleari nei reattori a fissione. L’esperimento ha prodotto la misura più accurata dello spettro energetico dell’antineutrino U-235 e ha contribuito a stabilire nuove restrizioni sulla fonte delle apparenti incongruenze tra i dati osservati e i modelli teorici. I risultati sottolineano la necessità di modelli migliorati per descrivere la generazione di antineutrini da isotopi fissili. La rivista Physical Review Letters ha pubblicato i risultati.

Le caratteristiche dei neutrini interessano gli scienziati perché consentono di testare direttamente il Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria che chiarisce come interagiscono tutte le particelle fondamentali nell'universo. Le discrepanze tra le previsioni basate su questo modello e i dati sperimentali hanno generato suggerimenti per fenomeni fisici che il Modello Standard non spiega. Nello specifico, i test basati sui reattori hanno rilevato meno neutrini del previsto e hanno identificato incongruenze in una piccola parte dello spettro energetico.

La collaborazione PROSPECT fornisce una comprensione di queste discrepanze con un nuovo spettro energetico di riferimento e nuove restrizioni sull'origine di queste deviazioni del modello di dati.

Gli esperimenti condotti nei reattori nucleari hanno raggiunto traguardi fondamentali nella fisica dei neutrini, tra cui il rilevamento sperimentale iniziale della particella e la verifica che i neutrini cambiano forma mentre attraversano lo spazio. L'elevata intensità dell'HFIR e il nucleo compatto di combustibile U-235 altamente arricchito lo rendono un luogo ideale per studiare ulteriormente l'associazione tra i reattori e nuove informazioni sulle proprietà dei neutrini.

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Fonte articolo: Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti