Les résultats d'une nouvelle étude scientifique pourraient faire la lumière sur un décalage entre les prédictions et les mesures récentes de particules fantomatiques provenant de réacteurs nucléaires - la soi-disant « anomalie antineutrino du réacteur, " qui intrigue les physiciens depuis 2011.

L'anomalie fait référence au fait que les scientifiques qui suivent la production d'antineutrinos - émis comme sous-produit des réactions nucléaires qui génèrent de l'énergie électrique - ont régulièrement détecté moins d'antineutrinos qu'ils ne l'avaient prévu. Une théorie est que certains neutrinos se transforment en une forme indétectable connue sous le nom de neutrinos « stériles ».

Mais les derniers résultats de l'expérience sur les neutrinos du réacteur Daya Bay, situé dans un complexe nucléaire en Chine, suggèrent une explication plus simple :une erreur de calcul dans le taux prévu de production d'antineutrinos pour un composant particulier du combustible des réacteurs nucléaires.

Les antineutrinos emportent environ 5 % de l'énergie libérée sous forme d'atomes d'uranium et de plutonium qui alimentent la scission du réacteur, ou "fission". La composition du combustible évolue au fur et à mesure du fonctionnement du réacteur, avec les désintégrations de différentes formes d'uranium et de plutonium (appelées "isotopes") produisant différents nombres d'antineutrinos avec différentes gammes d'énergie au cours du temps, alors même que le réacteur produit régulièrement de l'électricité.

Les nouveaux résultats de Daya Bay - où les scientifiques ont mesuré plus de 2 millions d'antineutrinos produits par six réacteurs pendant près de quatre ans de fonctionnement - ont conduit les scientifiques à reconsidérer comment la composition du combustible change au fil du temps et combien de neutrinos proviennent de chacun des chaînes de décomposition.

Les scientifiques ont découvert que les antineutrinos produits par les réactions nucléaires résultant de la fission de l'uranium-235, un isotope fissile de l'uranium commun dans le combustible nucléaire, n'étaient pas conformes aux prévisions. Un modèle populaire pour l'uranium-235 prédit environ 8 pour cent d'antineutrinos de plus provenant des désintégrations de l'uranium-235 que ce qui a été réellement mesuré.

En revanche, le nombre d'antineutrinos du plutonium-239, le deuxième ingrédient de carburant le plus courant, s'est avéré en accord avec les prévisions, bien que cette mesure soit moins précise que celle de l'uraninum-235.

Si les neutrinos stériles - des particules théoriques qui sont une source possible de la vaste matière invisible ou "sombre" de l'univers - étaient la source de l'anomalie, alors les expérimentateurs observeraient un épuisement égal du nombre d'antineutrinos pour chacun des ingrédients du carburant, mais les résultats expérimentaux défavorisent cette hypothèse.

La dernière analyse suggère qu'une erreur de calcul du taux d'antineutrinos produits par la fission de l'uranium-235 au fil du temps, plutôt que la présence de neutrinos stériles, peut-être l'explication de l'anomalie. Ces résultats peuvent être confirmés par de nouvelles expériences qui mesureront des antineutrinos provenant de réacteurs alimentés presque entièrement à l'uranium 235.

Les travaux pourraient aider les scientifiques de Daya Bay et des expériences similaires à comprendre les taux et les énergies fluctuants de ces antineutrinos produits par des ingrédients spécifiques dans le processus de fission nucléaire tout au long du cycle du combustible nucléaire. Une meilleure compréhension de l'évolution du combustible à l'intérieur d'un réacteur nucléaire peut également être utile pour d'autres applications de la science nucléaire.