Gezamenlijke inspanning van de nucleaire theoriegroep aan de Universiteit van Jyvaskyla en het internationale samenwerkingsexperiment EXO-200 effent de weg voor het oplossen van de problemen met de antineutrinoflux van de reactor. De EXO-200-samenwerking bestaat uit onderzoekers van 26 laboratoria en het experiment is bedoeld om de massa van het neutrino te meten. Als bijproduct van de kalibratie-inspanningen van het experiment kon de elektronenspectrale vorm van het bètaverval van Xe-137 worden gemeten. Dit specifieke verval is optimaal geschikt voor het testen van een theoretische hypothese om de al lang bestaande en hardnekkige anomalie van de reactor-antineutrino op te lossen. De resultaten van metingen van de spectrale vorm werden gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven in juni 2020.

Kernreactoren worden aangedreven door splijting van uranium en plutoniumbrandstof. De neutronenrijke splijtingsproducten vervallen door bètaverval naar de bèta-stabiliteitslijn door elektronen en elektronen-antineutrino's uit te zenden. Elk bètaverval produceert een continu energiespectrum voor de uitgezonden elektronen en antineutrino's tot een maximale energie (bèta-eindpuntenergie).

Het aantal geëmitteerde elektronen voor elke elektronenenergie vormt de spectrale vorm van het elektronen en het complement ervan beschrijft de spectrale vorm van antineutrino.

Kernreactoren stoten antineutrino's uit met een energieverdeling die de som is van de spectrale vormen van antineutrino's van alle bètaverval in de reactor. Deze energieverdeling is gemeten met grote neutrino-oscillatie-experimenten. Anderzijds, deze energieverdeling van antineutrino's is gebouwd met behulp van de beschikbare nucleaire gegevens over bètaverval van de splijtingsproducten.

De gevestigde referentie voor deze constructie is het Huber-Mueller (HM) model. Vergelijking van het HM-voorspelde antineutrino-energiespectrum met dat gemeten door de oscillatie-experimenten onthulde een tekort in het aantal gemeten antineutrino's en een extra "hobbel", een extra toename van het gemeten aantal antineutrino's tussen 4 en 7 MeV aan antineutrino-energie. Het tekort werd bedacht als de reactor-antineutrino-anomalie of de flux-anomalie en is in verband gebracht met de oscillatie van de gewone neutrino's naar de zogenaamde steriele neutrino's die geen interactie hebben met gewone materie, en verdwijnen zo uit de antineutrinoflux die door de reactoren wordt uitgestoten. Tot voor kort was er geen overtuigende verklaring voor het optreden van de hobbel in de gemeten antineutrinoflux.

Pas onlangs is een mogelijke verklaring voor de fluxafwijking en hobbel kwantitatief besproken. Het fluxdeficit en de bult kunnen worden geassocieerd met het weglaten van nauwkeurige spectrale vormen van de zogenaamde first-fobidden niet-unieke bètaverval die voor het eerst in aanmerking worden genomen in het zogenaamde 'HKSS'-fluxmodel (vanaf de eerste letters van de achternamen van de auteurs, L. Hayen, J. Kostensalo, N. Severijns, J. Suhonen, van het gerelateerde artikel).

Hoe te verifiëren dat de HKSS-flux- en hobbelvoorspellingen betrouwbaar zijn?

"Een manier is om de spectrale vormen van de belangrijkste overgangen te meten en te vergelijken met de HKSS-voorspellingen. Deze metingen zijn extreem moeilijk, maar onlangs kon een perfecte testcase worden gemeten door de gerenommeerde EXO-200-samenwerking en vergelijking met de voorspellingen van onze theoriegroep zou bereikt in een gezamenlijke publicatie [AlKharusi2020] Een perfecte match van de gemeten en theorie-voorspelde spectrale vorm werd verkregen, daarmee de HKSS-berekeningen en haar conclusies ondersteunend. Verdere metingen van spectrale vormen van andere overgangen kunnen in de (nabije) toekomst worden verwacht", zegt professor Jouni Suhonen van de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Jyvaskyla.