Productie antineutrino’s in kerncentrale Daya Bay wijkt af van modellen

Neutrino’s worden door de zon geproduceerd, door andere sterren, door extreme gebeurtenissen zoals supernovae, maar ook door… kerncentrales. Eén van die centrales is de Daya bay kerncentrale, bijna 50 km ten noordoosten van Hong Kong. De neutrino’s die daar tijdens de reguliere energieopwekking met kernsplijting worden geproduceerd worden in het zogeheten Daya Bay experiment onderzocht, dat zich twee kilometer van de zes kernreactoren bevindt en dat bestaat uit grote ‘scintillatoren’ met 20 ton vloeibare gadolinium. Voor de hoeveelheid neutrino’s en antineutrino’s die bij de kernfusie worden geproduceerd doen natuurkundige modellen voorspellingen. Probleem met neutrino’s is dat ze niet geladen zijn en alleen reageren op de zwakke wisselwerking, waardoor ze bijna ongrijpbaar zijn. Maar bij het Daya Bay experiment slaagden ze er toch in om gedurende een periode van 217 dagen maar liefst 300.000 antineutrino’s te detecteren. De metingen leverden twee resultaten op, die afwijken van de voorspellingen van de modellen en dat geeft onder de natuurkundigen de nodige stof tot nadenken:

• ten eerste blijkt dat de Daya Bay kerncentrale over het algemeen 6% minder antineutrino’s produceert dan de modellen voorspellen. Dit is ook bij andere kerncentrales waargenomen en men spreekt daarom van de ‘reactor antineutrino anomalie’. Bekend is dat er drie soorten neutrino’s en antineutrino’s zijn, de electron-, muon- en tau-neutrinos en -antineutrino’s. Misschien dat er een vierde soort bestaat, het zogeheten steriele neutrino, en dat dit neutrino, dat nóg moeilijker detecteerbaar is dan de andere soorten, voor de vermiste 6% verantwoordelijk is.
• ten tweede is er een hobbel waargenomen van de hoeveelheid antineutrino’s bij een energie van 5 MeV, een afwijking van ongeveer 10% ten opzichte van de voorspellingen van de modellen (zie afbeelding hieronder). De hobbel werd eerder ook al waargenomen met het Double Chooz experiment in 2014 en een jaar later het RENO experiment.

Eén resultaat die te weinig antineutrino’s over het gehele energiespectrum geeft, een ander resultaat dat weer teveel antineutrino’s bij een specifieke energie geeft. De natuurkundigen weten niet wat er aan de hand is: komt het omdat  de reactoren van Daya Bay deze hoeveelheden antineutrino’s produceren, kloppen de metingen wel of zijn de modellen niet goed? Komende tijd zal er veel worden gediscussieerd onder natuurkundigen over deze resultaten. Wordt vervolgd. Bron: Symmetry Magazine + Backreaction.