Het Precision Reactor Oscillation and Spectrum Experiment (PROSPECT) heeft de installatie voltooid van een nieuwe antineutrino-detector die het mogelijke bestaan ​​van een nieuwe vorm van materie zal onderzoeken.

VERWACHTING, gevestigd in de High Flux Isotope Reactor (HFIR) van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy, is begonnen met het verzamelen van gegevens om elektronen-antineutrino's te bestuderen die worden uitgestoten door kernverval in de reactor om te zoeken naar zogenaamde steriele neutrino's en om meer te weten te komen over de onderliggende kernreacties die splijtingsreactoren aandrijven.

Antineutrino's zijn ongrijpbaar, elementaire deeltjes geproduceerd in nucleair bètaverval. De antineutrino is een antimateriedeeltje, de tegenhanger van het neutrino.

"Neutrino's behoren tot de meest voorkomende deeltjes in het universum, " zei Yale University natuurkundige Karsten Heeger, hoofdonderzoeker en medewoordvoerder van PROSPECT. "De ontdekking van neutrino-oscillatie heeft een venster geopend voor natuurkunde buiten het standaardmodel van de natuurkunde. De studie van antineutrino's met PROSPECT stelt ons in staat om te zoeken naar een voorheen niet-waargenomen deeltje, het zogenaamde steriele neutrino, terwijl ze de nucleaire processen in een reactor onderzoeken."

In de afgelopen jaren hebben verschillende neutrino-experimenten in kernreactoren minder antineutrino's gedetecteerd dan wetenschappers hadden voorspeld, en de energie van de neutrino's kwam niet overeen met de verwachtingen. Dit, in combinatie met eerdere afwijkende resultaten, leidde tot de hypothese dat een fractie van de elektronen-antineutrino's kan transformeren in steriele neutrino's die in eerdere experimenten onopgemerkt zouden zijn gebleven.

Deze veronderstelde transformatie zou plaatsvinden via een kwantummechanisch proces dat neutrino-oscillatie wordt genoemd. De eerste waarneming van neutrino-oscillatie tussen bekende soorten neutrino's van de zon en de atmosfeer leidde in 2015 tot de Nobelprijs voor natuurkunde.

De installatie van PROSPECT volgt op vier jaar intensief onderzoek en ontwikkeling door een samenwerking van meer dan 60 deelnemers van 10 universiteiten en vier nationale laboratoria.

"De ontwikkeling van PROSPECT is gebaseerd op jarenlang onderzoek naar de detectie van reactor-antineutrino's met oppervlaktedetectoren, een uiterst uitdagende taak vanwege hoge achtergronden, ", aldus PROSPECT-medewoordvoerder Pieter Mumm, een wetenschapper aan het National Institute of Standards and Technology (NIST).

Het experiment maakt gebruik van een nieuw antineutrino-detectorsysteem op basis van een gesegmenteerde vloeistofscintillator-detectortechnologie. De combinatie van segmentatie en een unieke, Met lithium gedoteerde vloeibare scintillatorformulering stelt PROSPECT in staat om deeltjestypes en interactiepunten te identificeren. Deze ontwerpkenmerken, samen met uitgebreide, op maat gemaakte afscherming, zal PROSPECT in staat stellen om een ​​nauwkeurige meting van neutrino's uit te voeren in de omgeving met een hoge achtergrond van een kernreactor.

De detectortechnologie van PROSPECT kan ook toepassingen hebben bij het bewaken van kernreactoren voor non-proliferatiedoeleinden en het meten van neutronen uit nucleaire processen.

"De succesvolle operatie van PROSPECT zal ons in staat stellen inzicht te krijgen in een van de fundamentele puzzels in de neutrinofysica en een beter begrip te ontwikkelen van reactorbrandstof, terwijl het ook een nieuw instrument biedt voor nucleaire veiligheidscontroles, " zei medewoordvoerder Nathaniel Bowden, een wetenschapper aan het Lawrence Livermore National Laboratory en een expert in nucleaire non-proliferatietechnologie.

Na twee jaar bouw en eindmontage in het Yale Wright Laboratory, de PROSPECT-detector is begin 2018 naar HFIR getransporteerd.

"De ontwikkeling en constructie van PROSPECT is een aanzienlijke teaminspanning geweest, gebruikmakend van de complementaire expertise van Amerikaanse nationale laboratoria en universiteiten, " zei Alfredo Galindo-Uribarri, leider van de groep Neutrino and Advanced Detectors in de Physics Division van ORNL.

PROSPECT is de nieuwste in een reeks fundamentele wetenschappelijke experimenten bij HFIR. "We zijn verheugd om met PROSPECT-wetenschappers samen te werken om hun onderzoek te ondersteunen, " zei Chris Bryan, die experimenten beheert bij HFIR voor ORNL's Research Reactors Division.