Datos de un experimento en Francia llamado STEREO sugieren que los neutrinos estériles no pueden explicar por qué el flujo de neutrinos observado en la fisión del uranio-235 es más bajo que lo predicho por la teoría. En cambio, el equipo de STEREO cree que la discrepancia surge de las dificultades teóricas para modelar el proceso de descomposición. El resultado marca la culminación de un proyecto de 11 años para probar una hipótesis propuesta por primera vez por un equipo de científicos que incluía a dos miembros de la colaboración STEREO.

El descubrimiento en 1998 de las oscilaciones de neutrinos por el detector Super-Kamiokande en Japón fue uno de los eventos más importantes en la física de partículas del siglo XX. Esto se debe a que demostró que los neutrinos deben tener una masa pequeña pero distinta de cero. Como resultado, los neutrinos se propagan a través del espacio como superposiciones cuánticas oscilantes de neutrinos electrónicos y sus primos más pesados, los neutrinos muónicos y los neutrinos tau. Esto explicaba los desconcertantes experimentos realizados en la década de 20 en los que los físicos que observaban el Sol habían detectado significativamente menos neutrinos de lo previsto. Lo que sucedía era que muchos de estos neutrinos solares habían oscilado en sabores de neutrinos que los experimentos no estaban diseñados para detectar.

En 2011, David Lhuillier en CEA y sus colegas en Francia publicaron un artículo que sugería que las mediciones del flujo de neutrinos de los reactores nucleares mostraban colectivamente un flujo anómalamente bajo de neutrinos del uranio-235 en relación con las predicciones de los modelos teóricos. Además, mostraron que esta anomalía podría explicarse porque los neutrinos oscilan en neutrinos "estériles" que no interactuarían a través de la fuerza débil y, por lo tanto, no serían detectados. Los neutrinos estériles son partículas hipotéticas que son invocadas por algunas extensiones teóricas del modelo estándar de física de partículas, por lo que la idea de que podrían haber sido vislumbradas en las oscilaciones de neutrinos era tentadora. En 2016, Lhuillier y sus colegas instalaron el detector STEREO en el reactor de investigación del Institut-Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, donde STEREO significa Search for Sterile Reactor Neutrino Oscillations.

Oscilaciones más cortas

"Antes, todo el mundo veía un déficit medio [en neutrinos]", explica Lhuillier, "La idea era 'OK, tal vez si nos acercamos más, podremos ver esta primera o segunda oscilación'". No se conocía la longitud de onda hipotética de la oscilación, dice, pero "seguro, la oscilación ya se había difuminado después de 100 m". El detector STEREO consta de seis detectores separados de 1.8 m dopados con gadolinio.³ centelleadores llenos de hidrocarburos ubicados a menos de 20 m del reactor de fisión nuclear de uranio-40 de 235 cm de diámetro casi totalmente enriquecido del ILL, que efectivamente se comporta como una fuente puntual de neutrinos de uranio-235.

Cuando un neutrino choca con un átomo de hidrógeno en uno de los centelleadores líquidos, estimula la desintegración beta inversa, convirtiendo el electrón en un positrón y el protón en un neutrón y liberando a ambos. La desaceleración del positrón genera rápidamente rayos gamma. Posteriormente, es probable que el neutrón sea capturado por un núcleo de gadolinio, excitándolo a un estado metaestable. Cuando esto decae posteriormente, produce un segundo pulso de rayos gamma más grande: “Esa es la señal que estamos buscando”, dice Lhuillier; “un pequeño pulso del positrón y luego, unos microsegundos más tarde, un gran pulso del gadolinio”.

Si no es un neutrino estéril, el problema tiene que estar en el lado de la predicción.

David Lhuillier

Usando sus seis detectores secuenciales, los investigadores confirmaron que efectivamente había un déficit en el flujo de neutrinos en relación con lo predicho teóricamente. Sin embargo, este déficit parecía constante en los seis detectores, por lo que los investigadores concluyeron que no se explicaba por los neutrinos que oscilaban en algún estado indetectable. “Si no es un neutrino estéril, el problema tiene que estar en el lado de la predicción”, dice Lhuillier. "Es muy difícil predecir qué neutrinos puede emitir un reactor porque tienes unas 800 formas de romper un núcleo de uranio, por lo que necesitas una gran cantidad de datos nucleares".

El equipo de STEREO describe sus hallazgos en un artículo en Naturaleza.

Los neutrinos estériles descartados por MicroBooNE, pero el misterioso exceso permanece sin explicación

"La gente esperaba esto con ansias, por lo que en ese sentido es un artículo útil", dice el físico teórico. André de Gouvea de la Universidad Northwestern en Illinois. "Confirma la tendencia de los resultados que hemos estado obteniendo que sugieren que esta anomalía del neutrino del reactor está más estrechamente asociada con nuestro modelo erróneo de cómo se producen los neutrinos en las desintegraciones nucleares y menos con algún nuevo y emocionante fenómeno físico". Agrega, sin embargo, que, “El título del artículo ['Espectro de neutrinos ESTÉREO de ²³⁵La fisión U rechaza la hipótesis de los neutrinos estériles'] es un poco optimista... En principio, los neutrinos estériles no se descartan como explicación de esta anomalía. Los neutrinos estériles muy pesados ​​solo podrían descartarse por restricciones cosmológicas”, dice, y agrega: “Hay algunos resultados fascinantes [sobre eso] que surgen del experimento KATRIN”.

Físico teórico patricio huber de Virginia Tech en los EE. UU. agrega: “Ha habido esta anomalía del antineutrino en el reactor desde 2011, y creo que esto cierra ese capítulo”. Huber realizó uno de los cálculos de flujo de neutrinos que muestra la tensión con la observación experimental y agrega: "Ahora sabemos que el motivo de la discrepancia fueron los datos de entrada defectuosos, y creo que esto es importante para avanzar cuando consideramos posibles aplicaciones de la física de neutrinos como la física nuclear". seguridad. Su resultado es la piedra angular de un esfuerzo de toda la comunidad para comprender por qué los cálculos de 2011 y los datos no coincidían, y ahora sí lo hacen. Ese es el método científico en el trabajo”.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/sterile-neutrinos-fade-as-stereo-finds-no-evidence-of-oscillations/