Новые данные ставят под сомнение существование «антинейтринной аномалии»

В течение нескольких лет физики пытались решить проблему меньшего количества антинейтрино, излучаемых ядерными реакторами, нежели предсказывает теория. Эту загадку пытались объяснить в том числе при помощи особого типа стерильных нейтрино, однако новые измерения на китайском реакторе Дайя Бэй показывают, что причиной, скорее всего, являются неправильные теоретические оценки. Препринт международного коллектива физиков опубликован на сайте arXiv.org.

Нейтрино являются очень легкими и инертными частицами, практически не взаимодействующими с веществом. Они рождаются в ядерных реакциях как на Солнце, так и в реакторах и благодаря большому количеству все-таки могут быть детектированы. Твердо установлено существование трех типов нейтрино, которые могут превращаться друг в друга с течением времени. Этот процесс называется нейтринными осцилляциями. Теоретики также выдвинули идею о существовании еще более инертной разновидности этих частиц, стерильных нейтрино, которые появляются не как продукт реакций, а только в результате превращений из других разновидностей.

В ядерных реакциях, протекающих в земных установках, получаются античастицы нейтрино, антинейтрино, обладающие похожими свойствам. Они уносят около 5% энергии распада ядер урана и плутония, но соотношение веществ и изотопов элементов в топливе меняется со временем, что приводит к изменению количества и энергетического спектра антинейтрино. Анализ данных из Дайя Бэй, где было зафиксировано более 2 миллионов антинейтрино от 6 реакторов за 4 года работы, заставляет пересмотреть, как состав топлива меняется со временем и сколько нейтрино рождается в различных цепочках распадов.

Согласно новым оценкам, распад наиболее часто используемого в ядерном топливе урана-235 производит примерно на 8% меньше антинейтрино, чем предсказывали предыдущие модели. Распад следующего по популярности ингредиента — плутония-239 — порождает такое же количество антинейтрино, хотя точность этого измерения ниже. Если бы причиной антинейтринной аномалии было превращение частиц в стерильные нейтрино, то недостаток был бы примерно одинаков для распада каждого ингредиента. Тем не менее эксперимент не согласуется с такой гипотезой.