Los resultados finales del experimento STEREO rechazan la hipótesis del neutrino estéril

Tras varios años de funcionamiento, la colaboración STEREO ha publicado los resultados finales de sus estudios de antineutrinos. Con sus datos, los investigadores descartaron indicios de neutrinos estériles, un estado extra de neutrinos esperado en muchas teorías. El resultado, que aparece en la edición del 11 de enero de naturalezatiene implicaciones importantes para muchas áreas de la física fundamental.

En la física de partículas moderna todos son conocidos Partículas elementales Y sus interacciones están descritas en el llamado Modelo Estándar de física de partículas. El modelo incluye neutrinos, que son partículas inventadas por Wolfgang Pauli en 1930 para cumplir con las leyes universales de conservación de la energía. Los neutrinos son muy ligeros, eléctricamente neutros e interactúan solo a través de la fuerza electrodébil. Por lo tanto, es muy difícil detectarlos. La detección experimental directa no ocurrió hasta 1956.

Hoy en día, se conocen tres tipos diferentes de neutrinos. Estos neutrinos pueden cambiar su identidad entre estos diferentes estados debido a su masa muy pequeña, pero distinta de cero. Las llamadas oscilaciones de neutrinos se crearon hace unas dos décadas.

En 2011, el aumento de la resolución creó una anomalía entre el flujo de antineutrinos observado y previsto emitido por los reactores nucleares. Esto desencadenó la hipótesis de un estado de neutrino complementario que es estéril, es decir, no interactúa a través de la interacción débil. Puede explicar esta partícula también fenomeno fisico que aún no se entiende completamente, como la materia oscura.

Para probar de manera inequívoca esta hipótesis de neutrinos estériles y caracterizarlos, el experimento STEREO fue diseñado y puesto en marcha en 2017 en el reactor de investigación nuclear de alto flujo en ILL Grenoble. Se colocó un detector compuesto por seis elementos idénticos a solo 10 metros del núcleo del reactor.

El proyecto aprovechó la experiencia acumulada durante varias generaciones de experimentos con neutrinos en reactores. protegido por ambiente externolas células detectoras están en una posición ideal para buscar con una precisión sin precedentes la firma de los neutrinos esterilizados: deberían aparecer distorsiones dependientes de la posición en su distribución de energía a una distancia corta del reactor.

Ahora, la colaboración STEREO, formada por investigadores del Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) en Heidelberg, Alemania y los institutos franceses CEA Saclay, CNRS, las universidades de Grenoble Alpes y Savoie Mont Blanc, así como el Institut Laue-Langevin (ILL), han publicado sus últimos hallazgos, que compilan el conjunto completo de datos: Los físicos han confirmado que existe una anomalía en el flujo de neutrinos emitidos por los reactores nucleares, pero que los neutrinos estériles no son la causa.

«Pudimos detectar un total de más de 100 000 neutrinos entre los años 2017 y 2020, pero no pudimos identificar ningún rastro de posibles neutrinos estériles dentro de estas mediciones», explica Christian Buck, uno de los investigadores principales del experimento de MPIK. . «Lo más probable es que las anomalías observadas sean el resultado de incertidumbres subestimadas en los datos nucleares de la descomposición radiactiva utilizada en la predicción del flujo en lugar de los propios experimentos con neutrinos».

Si bien este resultado rechaza rotundamente la hipótesis de los neutrinos estériles, sirve como respaldo adicional para el modelo estándar y su contenido de neutrinos.

Además de buscar neutrinos estériles, el experimento STEREO también proporciona la medición más precisa hasta la fecha del espectro de antineutrinos de la fisión de uranio 235. Está previsto que se utilice como espectro de referencia para futuros experimentos con reactores de alta resolución, como la determinación del espectro de neutrinos pruebas de jerarquía de masas o de menor energía del modelo estándar. Además, mediciones precisas de este tipo pueden ayudar a una mejor comprensión de los fenómenos que ocurren durante un reactor apagado, por ejemplo.

Los investigadores de MPIK hicieron contribuciones significativas, tanto en la construcción del detector STEREO como en el análisis de los datos. Por ejemplo, en MPIK se han desarrollado, producido y etiquetado fluidos muy especiales en el reactivo. En particular, un centelleador líquido cargado de gadolinio, que forma el núcleo del detector, se origina en el MPIK.

Otra contribución crucial son los sistemas de empaquetamiento muy especiales y los sensores de luz para medir las señales de luz después de la interacción de los neutrinos en el detector. En el área de análisis, el grupo MPIK ha estado activo en la reconstrucción energética, determinación de eficiencia y coordinación de análisis.