(Droite) Représentation graphique du réacteur nucléaire montrant le cœur (cylindre rose) et la position du détecteur à l'intérieur de la galerie tendineuse (boîte jaune), 24 mètres du noyau. (Gauche) Mise en place du détecteur. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Surnommés « particules fantômes, " Les neutrinos n'ont pas de charge électrique et leurs masses sont si petites qu'ils sont difficiles à observer. Le soleil, réacteurs nucléaires, les explosions de supernovae les créent, lorsque leurs noyaux subissent une désintégration radioactive, connu sous le nom de désintégration bêta. Le Centre de Physique Souterraine, au sein de l'Institute for Basic Science (IBS) a dirigé l'Expérience sur les neutrinos pour l'oscillation à courte base (NEOS) pour étudier les neutrinos les plus insaisissables, les soi-disant « neutrinos stériles ». Leurs résultats sont désormais disponibles dans la revue Lettres d'examen physique .
Les neutrinos détectés jusqu'à présent sont de trois types, ou arômes :neutrino électronique, neutrino muonique, et le neutrino tau. Les neutrinos peuvent changer d'un type à l'autre, par un phénomène appelé oscillation des neutrinos. De façon intéressante, des expériences précédentes ont mesuré ces oscillations et trouvé une anomalie dans les données :le nombre de neutrinos mesurés est d'environ 7 % inférieur à la valeur prédite. Des chercheurs ont proposé que ces neutrinos en voie de disparition, se transformer en un quatrième type de neutrinos, ce sont les neutrinos stériles.
L'expérience a eu lieu à l'intérieur de la centrale nucléaire de Hanbit à Yeonggwang (Corée du Sud), un réacteur nucléaire standard qui devrait produire 5.1020 neutrinos par seconde, comme sous-produits de la réaction qui génère l'énergie nucléaire.
Premièrement, les scientifiques ont dû surmonter le problème des signaux de fond présents dans l'atmosphère, qui pourraient entraver la détection des neutrinos. Une solution consistait à installer le détecteur sous terre, au plus près du cœur du réacteur, où se déroule la réaction de désintégration bêta. Dans ce cas, le détecteur de neutrinos a été installé à 24 mètres du cœur, dans une structure appelée galerie tendineuse. Le détecteur était protégé par plusieurs couches de blocs de plomb, qui protègent le détecteur des rayons gamma, et de polyéthylène boré pour bloquer les neutrons.
(a) Les données recueillies à partir des expériences NEOS sont comparées au modèle théorique (H-M-V) et à une expérience précédente (Daya Bay) menée en Chine. Les expériences et la théorie correspondent à toutes les énergies, mais il existe quelques différences dans les résultats attendus et calculés à des énergies comprises entre 4 et 6 MeV. (b) En particulier, un pic à 5 MeV, surnommé "la bosse de 5 MeV", qui a été mesurée dans l'expérience NEOS, mais non prédit dans le modèle théorique, est encore inexpliqué. (c) Le même pic est présent dans les données de l'expérience de Daya Bay. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Les scientifiques ont mesuré le nombre de neutrinos électroniques à l'aide d'un détecteur, qui contient un scintillateur liquide appelé, qui produit un signal lumineux lorsqu'un neutrino interagit avec lui. Ils ont ensuite comparé leurs résultats avec les données obtenues à partir d'autres expériences et calculs théoriques. Dans certains cas, les résultats de NEOS concordaient avec les données précédentes, mais dans d'autres cas, ils différaient. Par exemple, les données montrent qu'il existe une abondance inexpliquée de neutrinos avec une énergie de 5 MeV (Méga-électron Volts), surnommé "la bosse de 5 MeV", beaucoup plus élevé que celui prédit par les modèles théoriques.
L'expérience a réussi à mesurer les neutrinos électroniques avec une grande précision et de faibles signaux de fond. Cependant, les neutrinos stériles n'ont pas été détectés et restent parmi les particules les plus mystérieuses de notre Univers. Les résultats montrent également qu'il est nécessaire de fixer de nouvelles limites pour la détection des neutrinos stériles, puisque les oscillations qui convertissent les neutrinos électroniques en neutrinos stériles sont probablement inférieures à ce qui a été montré précédemment. "Ces résultats ne signifient pas que les neutrinos stériles n'existent pas, mais qu'ils sont plus difficiles à trouver qu'on ne le pensait auparavant, " explique OH Yoomin, l'un des auteurs de cette étude.
