Precision Reactor Oscillation and Spectrum Experiment (PROSPECT) har slutfört installationen av en ny antineutrino -detektor som kommer att undersöka eventuell existens av en ny form av materia.

UTSIKT, ligger vid High Flux Isotope Reactor (HFIR) vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory (ORNL), har börjat ta data för att studera elektronantineutriner som avges från kärnkraftsförfall i reaktorn för att söka efter så kallade sterila neutrinoer och för att lära sig om de underliggande kärnreaktionerna som driver klyvningsreaktorer.

Antineutrinos är svårfångade, elementära partiklar som produceras i nukleärt betaförfall. Antineutrino är en antimateriell partikel, motsvarigheten till neutrino.

"Neutrinos är bland de mest förekommande partiklarna i universum, "sa fysikern Yale University Karsten Heeger, huvudutredare och med-talesperson för PROSPECT. "Upptäckten av neutrinooscillation har öppnat ett fönster till fysik bortom standardmodellen för fysik. Studien av antineutrinoer med PROSPECT gör att vi kan söka efter en tidigare obemärkt partikel, den så kallade sterila neutrino, medan du undersöker kärnkraftsprocesserna inuti en reaktor. "

Under de senaste åren har flera neutrino -experiment med kärnreaktorer upptäckt färre antineutrinos än forskare hade förutspått, och neutrinornas energi motsvarade inte förväntningarna. Detta, i kombination med tidigare avvikande resultat, ledde till hypotesen att en bråkdel av elektronantineutrinoer kan omvandlas till sterila neutrinoer som skulle ha förblivit oupptäckta i tidigare experiment.

Denna hypoteserade transformation skulle ske genom en kvantmekanisk process som kallas neutrinooscillation. Den första observationen av neutrinooscillation bland kända typer av neutrinoer från solen och atmosfären ledde till Nobelpriset i fysik 2015.

Installationen av PROSPECT följer fyra års intensiv forskning och utveckling genom ett samarbete med mer än 60 deltagare från 10 universitet och fyra nationella laboratorier.

"Utvecklingen av PROSPECT är baserad på år av forskning kring detektering av reaktorantineutrinoer med ytbaserade detektorer, en extremt utmanande uppgift på grund av hög bakgrund, "sa PROSPECT-talesperson Pieter Mumm, en forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST).

I experimentet används ett nytt antineutrino -detektorsystem baserat på en segmenterad vätskescintillatordetektorsteknik. Kombinationen av segmentering och en unik, litiumdopad flytande scintillatorformulering gör att PROSPECT kan identifiera partikeltyper och interaktionspunkter. Dessa designfunktioner, tillsammans med omfattande, skräddarsydd skärmning, kommer att göra det möjligt för PROSPECT att göra en exakt mätning av neutrinoer i en hög bakgrundsmiljö i en kärnreaktor.

PROSPECTs detektorteknik kan också ha tillämpningar för övervakning av kärnreaktorer för icke-spridningsändamål och mätning av neutroner från kärnprocesser.

"Den framgångsrika driften av PROSPECT gör det möjligt för oss att få insikt i ett av de grundläggande pusslen i neutrinfysik och utveckla en bättre förståelse för reaktorbränsle, samtidigt som det tillhandahåller ett nytt verktyg för kärntekniska skyddsåtgärder, "sade med-talesperson Nathaniel Bowden, en forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory och en expert på teknik för icke-spridning av kärnvapen.

Efter två års konstruktion och slutmontering på Yale Wright Laboratory, PROSPECT -detektorn transporterades till HFIR i början av 2018.

"Utvecklingen och konstruktionen av PROSPECT har varit en betydande laginsats, utnyttja kompletterande expertis vid amerikanska nationella laboratorier och universitet, "sa Alfredo Galindo-Uribarri, ledare för gruppen Neutrino och Advanced Detectors i ORNL:s fysikavdelning.

PROSPECT är det senaste i en serie grundläggande vetenskapliga experiment som ligger på HFIR. "Vi är glada över att arbeta med PROSPECT -forskare för att stödja deras forskning, "sa Chris Bryan, som hanterar experiment vid HFIR för ORNL:s forskningsreaktorer.