La anomalía de los antineutrinos en reactores nucleares

Predicted and measured prompt-energy spectra antineutrino events daya bay aps prl

Tres detectores de antineutrinos generados en reactores de fisión han observado una anomalía. Double Chooz (2014), Reno (2015) y Daya Bay (2016) observan un exceso centrado en una energía de unos 5 MeV. ¿Física más allá del modelo estándar? No, por supuesto que no. Todo apunta a que el origen de esta anomalía es el modelo teórico usado para describir las desintegraciones beta en la fisión nuclear en el reactor.

El modelo teórico de consenso usado en estos detectores se basa en la desintegración de los isótopos fisibles U-235, U-238, Pu-239 y Pu-241, que debe representar más del 99% de la emisión total de antineutrinos. Sin embargo, en el núcleo del reactor también se producen más de 6000 desintegraciones beta diferentes en más de 1000 isótopos. Los primeros cálculos ab initio que tienen en cuenta dichas desintegraciones ajustan bastante bien el exceso observado. Bastan unas 20 desintegraciones para explicar el exceso y entre ellas destacan las de los isótopos Rb-92 y Y-96. Por supuesto, todavía no se ha desarrollado un nuevo modelo teórico de consenso (que incorpore el número mínimo de desintegraciones imprescindibles para explicar el exceso). No creo que falte mucho tiempo para ello.

El exceso fue observado en Dooble Chooz Collaboration, “Improved measurements of the neutrino mixing angle θ13 with the Double Chooz detector,” JHEP 10: 086 (2014), doi: 10.1007/JHEP10(2014)086, arXiv:1406.7763 [hep-ex]; Reno Collaboration, “Observation of Energy and Baseline Dependent Reactor Antineutrino Disappearance in the RENO Experiment,” arXiv:1511.05849 [hep-ex]; y Daya Bay Collaboration, “Measurement of the Reactor Antineutrino Flux and Spectrum at Daya Bay,” Phys. Rev. Lett. 116: 061801 (2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.116.061801, arXiv:1508.04233 [hep-ex].

Varios artículos describen la explicación teórica al exceso observado, como D. A. Dwyer, T. J. Langford, “Spectral Structure of Electron Antineutrinos from Nuclear Reactors,” Phys. Rev. Lett. 114: 012502 (2015), doi: 10.1103/PhysRevLett.114.012502, arXiv:1407.1281 [nucl-ex]; A. A. Sonzogni, T. D. Johnson, E. A. McCutchan, “Nuclear structure insights into reactor antineutrino spectra,” Phys. Rev. C 91: 011301 (2015), doi: 10.1103/PhysRevC.91.011301; A.C. Hayes et al., “The Possible Origin and Implications of the Shoulder in Reactor Neutrino Spectra,” Phys. Rev. D 92: 033015 (2015), doi: 10.1103/PhysRevD.92.033015, arXiv:1506.00583 [nucl-th]; IGISOL Collaboration, “Total Absorption Spectroscopy Study of 92Rb Decay: A Major Contributor to Reactor Antineutrino Spectrum Shape,” Phys. Rev. Lett. 115: 102503 (2015), doi: 10.1103/PhysRevLett.115.102503, arXiv:1504.05812 [nucl-ex]; entre otros.

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