RENO observa que el U-235 explica la anomalía de antineutrinos en reactores nucleares

Dibujo20180605 fractional 5 mev antineutrino excess as function fraction u235 arxiv 1806 00574

Los detectores de antineutrinos de reactores nucleares RENO, Double Chooz y Daya Bay observan un exceso centrado en una energía de unos 5±1 MeV. ¿Nueva física? Análisis posteriores sugieren que la causa son los cambios en el combustible del reactor nuclear que actúa como fuente de antineutrinos, en concreto, la fracción de uranio-235. RENO acaba de publicar nuevos indicios que apoyan esta hipótesis. Como divulgador estoy tentado a afirmar que confirma dicha hipótesis, pero en rigor la palabra confirmar está vetada en ciencia. Todos los indicios independientes a favor apoyan una explicación, pero no la confirman. Las evidencias solo se logran tras décadas de investigación.

RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation), Corea del Sur, está formado por dos detectores de neutrinos gemelos situados a 294 m y 1383 m de un complejo de seis reactores nucleares de fisión de 2.8 GWth (gigavatios térmicos) en HNPP (Hanbit Nuclear Power Plant). Su gran éxito fue la observación a 4.9 sigmas de la oscilación de neutrinos electrónicos en neutrinos tau (θ13 ≠ 0), publicada en abril de 2012. En 2014 observó el misterioso exceso de antineutrinos. Tras tomar datos durante 1807.9 días entre agosto de 2011 y febrero de 2018 se observa que el flujo de antineutrinos depende de la composición del combustible nuclear con más de 6 sigmas. El elemento clave es la fracción de uranio-235 que está correlacionada con el exceso observado, con lo que se apoya la hipótesis sin nueva física para explicarlo.

El artículo es The RENO Collaboration, “Fuel-composition dependent reactor antineutrino yield and spectrum at RENO,” arXiv:1806.00574 [hep-ex]; el exceso de antineutrinos fue hecho público en el congreso Neutrino 2014, Seon-Hee Seo for the RENO Collaboration, “New Results from RENO and The 5 MeV Excess,” arXiv:1410.7987 [hep-ex]. Por cierto, esta semana se celebra el congreso Neutrino 2018 [Programme with slides].

Dibujo20180605 effective u235 daily fission fraction near detector arxiv 1806 00574

Esta figura ilustra cómo varía la fracción de uranio-235 en el combustible entre agosto de 2011 y febrero de 2018; como observas la fracción cambia entre un mínimo de 0.55 y un máximo de 0.65. El combustible también contiene uranio-238, plutonio-239 y plutonio-241. Parece obvio que estos cambios influyan en el flujo de antineutrinos que se observa en los dos detectores gemelos de RENO. Pero en ciencia lo que parece obvio es solo una hipótesis que ha de ser contrastada con las observaciones. RENO ha logrado seis sigmas de confianza estadística que apoyan esta hipótesis.

Dibujo20180605 isotope composition nuclear fuel reno arxiv 1806 00574

Para saber cuál de las cuatro componentes nucleares del combustible es la responsable, en su caso, del exceso, hay que realizar un análisis factorial. RENO ha encontrado que la correlación más fuerte se observa para el uranio-235, pero el análisis solo ha alcanzado 3.4 sigmas. Futuros análisis son necesarios para elevar esta confianza estadística hasta superar las 5 sigmas.

Por supuesto, una evidencia a más de 5 sigmas no basta para confirmar una hipótesis. Se requiere evidencia independiente. Habrá que esperar a los resultados de Double Chooz y Daya Bay sobre el papel del U-235 en sus excesos de antineutrinos. Conforme pasa el tiempo, todos los indicios a favor de una hipótesis acaban dando lugar a evidencias a favor. Solo entonces se puede divulgar que se ha confirmado dicha hipótesis. Así que la anomalía de antineutrinos en reactores nucleares seguirá dando lugar a noticias en este blog.

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