Resultaten van een nieuwe wetenschappelijke studie kunnen licht werpen op een discrepantie tussen voorspellingen en recente metingen van spookachtige deeltjes die uit kernreactoren stromen - de zogenaamde "reactor-antineutrino-anomalie, " die natuurkundigen sinds 2011 in verwarring brengt.

De anomalie verwijst naar het feit dat wetenschappers die de productie van antineutrino's volgen - uitgezonden als een bijproduct van de kernreacties die elektrische energie opwekken - routinematig minder antineutrino's hebben gedetecteerd dan ze hadden verwacht. Een theorie is dat sommige neutrino's veranderen in een niet-detecteerbare vorm die bekend staat als "steriele" neutrino's.

Maar de laatste resultaten van het neutrino-experiment van de Daya Bay-reactor, gevestigd in een kerncentrale in China, suggereren een eenvoudigere verklaring - een misrekening in de voorspelde snelheid van antineutrino-productie voor een bepaald onderdeel van kernreactorbrandstof.

Antineutrino's voeren ongeveer 5 procent van de energie weg die vrijkomt als de uranium- en plutoniumatomen die de reactor splijten, of "splijting". De samenstelling van de brandstof verandert naarmate de reactor werkt, met het verval van verschillende vormen van uranium en plutonium ("isotopen" genoemd), waardoor in de loop van de tijd verschillende aantallen antineutrino's met verschillende energiebereiken ontstaan, zelfs als de reactor gestaag elektrische stroom produceert.

De nieuwe resultaten van Daya Bay - waar wetenschappers meer dan 2 miljoen antineutrino's hebben gemeten die zijn geproduceerd door zes reactoren gedurende bijna vier jaar in bedrijf - hebben wetenschappers ertoe gebracht te heroverwegen hoe de samenstelling van de brandstof in de loop van de tijd verandert en hoeveel neutrino's uit elk van de verval ketens.

De wetenschappers ontdekten dat antineutrino's geproduceerd door kernreacties die het gevolg zijn van de splijting van uranium-235, een splijtbaar isotoop van uranium dat veel voorkomt in splijtstof, kwamen niet overeen met de voorspellingen. Een populair model voor uranium-235 voorspelt ongeveer 8 procent meer antineutrino's afkomstig van het verval van uranium-235 dan wat daadwerkelijk werd gemeten.

In tegenstelling tot, het aantal antineutrino's uit plutonium-239, het op één na meest voorkomende brandstofingrediënt, bleek het met de voorspellingen eens te zijn, hoewel deze meting minder nauwkeurig is dan die voor uranium-235.

Als steriele neutrino's - theoretische deeltjes die een mogelijke bron zijn van de enorme onzichtbare of "donkere" materie van het universum - de bron van de anomalie zouden zijn, dan zouden de onderzoekers een gelijke uitputting van het aantal antineutrino's voor elk van de brandstofingrediënten waarnemen, maar de experimentele resultaten wijzen deze hypothese af.

De laatste analyse suggereert dat een misrekening van de snelheid van antineutrino's geproduceerd door de splijting van uranium-235 in de loop van de tijd, in plaats van de aanwezigheid van steriele neutrino's, kan de verklaring zijn voor de anomalie. Deze resultaten kunnen worden bevestigd door nieuwe experimenten die antineutrino's zullen meten uit reactoren die bijna volledig worden gevoed door uranium-235.

Het werk zou wetenschappers van Daya Bay en soortgelijke experimenten kunnen helpen om de fluctuerende snelheden en energieën van die antineutrino's te begrijpen die worden geproduceerd door specifieke ingrediënten in het kernsplijtingsproces gedurende de hele splijtstofcyclus. Een beter begrip van de brandstofevolutie in een kernreactor kan ook nuttig zijn voor andere nucleaire wetenschappelijke toepassingen.