(Höger) Grafisk representation av kärnreaktorn som visar kärnan (rosa cylindern) och positionen för detektorn inuti sengalleriet (gul låda), 24 meter från kärnan. (Vänster) Inställning av detektorn. Kredit:Institutet för grundvetenskap
Dubbade som "spökpartiklar, " neutriner har ingen elektrisk laddning och deras massor är så små att de är svåra att observera. Solen, kärnreaktorer, supernovexplosioner skapar dem, när deras kärnor genomgår ett radioaktivt sönderfall, känd som beta-förfall. Centrum för underjordisk fysik, inom Institutet för grundläggande vetenskap (IBS) ledde Neutrino Experiment for Oscillation at Short Baseline (NEOS) för att studera de mest svårfångade neutrinerna, de så kallade "sterila neutrinerna". Deras resultat finns nu tillgängliga i tidskriften Fysiska granskningsbrev .
Neutrinos som hittills upptäckts finns i tre typer, eller smakämnen:elektronneutrino, muon neutrino, och tau neutrino. Neutrinos kan förändras från en typ till en annan, genom ett fenomen som kallas neutrinoscillation. Intressant, Tidigare experiment mätte dessa svängningar och fann en anomali i data:antalet uppmätta neutriner är cirka 7 % lägre än det förutsagda värdet. Forskare har föreslagit att dessa försvinnande neutriner, förvandlas till en fjärde typ av neutriner, det är de sterila neutrinerna.
Experimentet ägde rum inne i Hanbits kärnkraftverk i Yeonggwang (Sydkorea), en standardkärnreaktor som förväntas producera 5,1020 neutriner per sekund, som biprodukter av reaktionen som genererar kärnenergi.
För det första, forskarna var tvungna att övervinna problemet med bakgrundssignaler i atmosfären, som skulle kunna hindra neutrinodetekteringen. En lösning var att installera detektorn under jord, så nära reaktorns kärna som möjligt, där beta-sönderfallsreaktionen äger rum. I detta fall, neutrinodetektorn installerades 24 meter från kärnan, i en struktur som kallas sengalleri. Detektorn skyddades av flera lager blyblock, som skyddar detektorn från gammastrålar, och av borerad polyeten för att blockera neutroner.
(a) Data som samlats in från NEOS-experimenten jämförs med teoretisk modell (H-M-V) och ett tidigare experiment (Daya Bay) utfört i Kina. Experiment och teori matchar alla energier, men det finns vissa skillnader i förväntade och beräknade resultat vid energier mellan 4 och 6 MeV. (b) I synnerhet, en topp vid 5 MeV, kallad "5 MeV bump", som mättes i NEOS-experimentet, men inte förutspått i den teoretiska modellen, är fortfarande oförklarat. (c) Samma topp finns i data från Daya Bay-experimentet. Kredit:Institutet för grundvetenskap
Forskare mätte antalet elektronneutriner med hjälp av en detektor, som innehåller en så kallad flytande scintillator, som producerar en ljussignal när en neutrino interagerar med den. De jämförde sedan sina resultat med data som erhållits från andra experiment och teoretiska beräkningar. I vissa fall överensstämde NEOS-resultaten med tidigare data, men i andra fall skilde de sig åt. Till exempel, data visar att det finns ett oförklarat överflöd av neutriner med energi på 5 MeV (megaelektronvolt), kallad "5 MeV bump", mycket högre än den som förutspåtts från teoretiska modeller.
Experimentet lyckades mäta elektronneutriner med stor precision och låga bakgrundssignaler. Dock, sterila neutriner upptäcktes inte och är fortfarande några av de mest mystiska partiklarna i vårt universum. Resultaten visar också att det är nödvändigt att sätta upp nya gränser för detektion av sterila neutriner, eftersom oscillationerna som omvandlar elektronneutriner till sterila neutriner troligen är mindre än tidigare visats. "Dessa resultat betyder inte att sterila neutriner inte existerar, men att de är mer utmanande att hitta än vad man tidigare trott, " förklarar OH Yoomin, en av författarna till denna studie.
