Les efforts conjoints du groupe de théorie nucléaire de l'Université de Jyvaskyla et de l'expérience collaborative internationale EXO-200 ouvrent la voie à la résolution des problèmes de flux d'antineutrinos du réacteur. La collaboration EXO-200 est composée de chercheurs de 26 laboratoires et l'expérience est conçue pour mesurer la masse du neutrino. En tant que sous-produit des efforts d'étalonnage de l'expérience, la forme spectrale des électrons de la désintégration bêta du Xe-137 a pu être mesurée. Cette désintégration particulière est parfaitement adaptée pour tester une hypothèse théorique visant à résoudre l'anomalie de longue date et persistante des antineutrinos du réacteur. Les résultats des mesures de la forme spectrale ont été publiés dans Lettres d'examen physique en juin 2020.

Les réacteurs nucléaires sont entraînés par la fission de combustible d'uranium et de plutonium. Les produits de fission riches en neutrons se désintègrent par désintégration bêta vers la raie de stabilité bêta en émettant des électrons et des antineutrinos électroniques. Chaque désintégration bêta produit un spectre d'énergie continu pour les électrons et les antineutrinos émis jusqu'à une énergie maximale (énergie finale bêta).

Le nombre d'électrons émis pour chaque énergie électronique constitue la forme spectrale des électrons et son complément décrit la forme spectrale des antineutrinos.

Les réacteurs nucléaires émettent des antineutrinos avec une distribution d'énergie qui est la somme des formes spectrales des antineutrinos de toutes les désintégrations bêta dans le réacteur. Cette distribution d'énergie a été mesurée par de grandes expériences de neutrino-oscillation. D'autre part, cette distribution énergétique des antineutrinos a été construite en utilisant les données nucléaires disponibles sur les désintégrations bêta des produits de fission.

La référence établie pour cette construction est le modèle Huber-Mueller (HM). La comparaison du spectre d'énergie des antineutrinos prédit par HM avec celui mesuré par les expériences d'oscillation a révélé un déficit du nombre d'antineutrinos mesurés et une "bosse" supplémentaire, une augmentation supplémentaire du nombre mesuré des antineutrinos entre 4 et 7 MeV d'énergie antineutrino. Le déficit a été appelé anomalie antineutrino du réacteur ou anomalie de flux et a été associé à l'oscillation des neutrinos ordinaires vers les neutrinos dits stériles qui n'interagissent pas avec la matière ordinaire, et disparaissent ainsi du flux d'antineutrinos émis par les réacteurs. Jusqu'à récemment, il n'y a pas eu d'explication convaincante pour l'apparition de la bosse dans le flux d'antineutrinos mesuré.

Ce n'est que récemment qu'une explication potentielle de l'anomalie de flux et de la bosse a été discutée quantitativement. Le déficit de flux et la bosse pourraient être associés à l'omission de formes spectrales précises des désintégrations bêta non uniques dite première interdite prises en compte pour la première fois dans le modèle de flux dit « HKSS » (à partir des premières lettres des noms de famille des auteurs, L. Hayen, J. Kostensalo, N. Severijns, J. Suhonen, de l'article correspondant).

Comment vérifier que les prévisions de flux et de bosses HKSS sont fiables ?

« Une façon consiste à mesurer les formes spectrales des transitions clés et à les comparer avec les prédictions HKSS. Ces mesures sont extrêmement difficiles, mais récemment, un cas de test parfait a pu être mesuré par la célèbre collaboration EXO-200 et une comparaison avec les prédictions de notre groupe de théorie pourrait être réalisé dans une publication conjointe [AlKharusi2020]. Une correspondance parfaite de la forme spectrale mesurée et théorique a été obtenue, soutenant ainsi les calculs du HKSS et ses conclusions. D'autres mesures des formes spectrales d'autres transitions pourraient être anticipées dans un (proche) avenir", déclare le professeur Jouni Suhonen du Département de physique de l'Université de Jyvaskyla.