L'expérience sur l'oscillation et le spectre du réacteur de précision (PROSPECT) a achevé l'installation d'un nouveau détecteur d'antineutrinos qui sondera l'existence possible d'une nouvelle forme de matière.

PERSPECTIVE, situé dans le réacteur à isotope à haut flux (HFIR) du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie, a commencé à recueillir des données pour étudier les antineutrinos électroniques émis par les désintégrations nucléaires dans le réacteur afin de rechercher des neutrinos dits stériles et de se renseigner sur les réactions nucléaires sous-jacentes qui alimentent les réacteurs à fission.

Les antineutrinos sont insaisissables, particules élémentaires produites lors de la désintégration bêta nucléaire. L'antineutrino est une particule d'antimatière, la contrepartie du neutrino.

"Les neutrinos sont parmi les particules les plus abondantes de l'univers, " a déclaré Karsten Heeger, physicien de l'Université de Yale, chercheur principal et co-porte-parole de PROSPECT. "La découverte de l'oscillation des neutrinos a ouvert une fenêtre sur la physique au-delà du modèle standard de physique. L'étude des antineutrinos avec PROSPECT nous permet de rechercher une particule non observée auparavant, le neutrino dit stérile, tout en sondant les processus nucléaires à l'intérieur d'un réacteur.

Au cours des dernières années, plusieurs expériences sur les neutrinos dans des réacteurs nucléaires ont détecté moins d'antineutrinos que les scientifiques ne l'avaient prédit, et l'énergie des neutrinos ne correspondait pas aux attentes. Cette, en combinaison avec des résultats anormaux antérieurs, a conduit à l'hypothèse qu'une fraction des antineutrinos électroniques peut se transformer en neutrinos stériles qui seraient restés non détectés dans les expériences précédentes.

Cette transformation hypothétique aurait lieu par le biais d'un processus de mécanique quantique appelé oscillation des neutrinos. La première observation d'oscillations de neutrinos parmi les types connus de neutrinos du soleil et de l'atmosphère a conduit au prix Nobel de physique 2015.

L'installation de PROSPECT fait suite à quatre années de recherche et de développement intensifs par une collaboration de plus de 60 participants de 10 universités et de quatre laboratoires nationaux.

« Le développement de PROSPECT repose sur des années de recherche dans la détection des antineutrinos de réacteur avec des détecteurs de surface, une tâche extrêmement difficile en raison des antécédents élevés, " a déclaré Pieter Mumm, co-porte-parole de PROSPECT, scientifique à l'Institut national des normes et de la technologie (NIST).

L'expérience utilise un nouveau système de détection d'antineutrinos basé sur une technologie de détecteur à scintillateur liquide segmenté. La combinaison de la segmentation et d'un unique, La formulation du scintillateur liquide dopé au lithium permet à PROSPECT d'identifier les types de particules et les points d'interaction. Ces caractéristiques de conception, avec de vastes, blindage sur mesure, permettra à PROSPECT d'effectuer une mesure précise des neutrinos dans l'environnement de bruit de fond élevé d'un réacteur nucléaire.

La technologie de détection de PROSPECT peut également avoir des applications dans la surveillance des réacteurs nucléaires à des fins de non-prolifération et la mesure des neutrons provenant des processus nucléaires.

« Le bon fonctionnement de PROSPECT nous permettra de mieux comprendre l'une des énigmes fondamentales de la physique des neutrinos et de mieux comprendre le combustible des réacteurs, tout en offrant un nouvel outil pour les garanties nucléaires, " a déclaré le co-porte-parole Nathaniel Bowden, scientifique au Lawrence Livermore National Laboratory et expert en technologie de non-prolifération nucléaire.

Après deux ans de construction et d'assemblage final au Yale Wright Laboratory, le détecteur PROSPECT a été transporté en HFIR début 2018.

"Le développement et la construction de PROSPECT a été un effort d'équipe important, en s'appuyant sur l'expertise complémentaire des laboratoires et universités nationaux américains, " a déclaré Alfredo Galindo-Uribarri, leader du groupe Neutrino et Détecteurs Avancés de la Division Physique de l'ORNL.

PROSPECT est la dernière d'une série d'expériences en sciences fondamentales menées au HFIR. « Nous sommes ravis de travailler avec les scientifiques de PROSPECT pour soutenir leurs recherches, " a déclaré Chris Bryan, qui gère les expériences au HFIR pour la Division des réacteurs de recherche de l'ORNL.