Het standaardmodel van de deeltjesfysica is goed voor slechts 20% van de materie in het universum. Natuurkundigen hebben getheoretiseerd dat de resterende 80% bestaat uit zogenaamde donkere materie, die bestaat uit deeltjes die niet uitstoten, licht absorberen of reflecteren en dus niet direct kunnen worden waargenomen met bestaande instrumenten.

Het bestaan ​​van donkere materie wordt indirect afgeleid uit astronomische waarnemingen van de zwaartekrachtseffecten. Tot dusver, onderzoekers hebben dit mysterieuze type materie niet direct kunnen waarnemen, maar ze hebben een aantal theoretische modellen geïntroduceerd die mogelijke 'sporen' afbakenen die donkere materie zou kunnen achterlaten bij interactie met bekende standaardmodeldeeltjes door onbekende krachten, ook wel duistere krachten genoemd.

Volgens sommige van deze theoretische modellen, donkere materie kan indirect worden waargenomen door de effecten van de uiterst zeldzame interacties met normale materie te detecteren. Recente astronomische gegevens verzameld door de Planck-telescoop, meer dan tien jaar geleden in de ruimte gelanceerd en geëxploiteerd door de European Space Agency (ESA), zinspeelde op het bestaan ​​van een inactieve (d.w.z. steriel) type neutrino met een massa in de sub-eV-schaal, die veelbelovende kandidaten voor donkere materie kunnen zijn.

De RENO-samenwerking (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation), een groep onderzoekers van verschillende instituten in Zuid-Korea, onlangs op zoek gegaan naar licht, sub-eV steriele neutrino-oscillaties, die was gebaseerd op gegevens die in de loop van 2200 dagen werden verzameld door twee identieke detectoren in Zuid-Korea. Hoewel ze deze trillingen niet konden detecteren, hun bevindingen, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , zou toekomstige zoekopdrachten naar steriele neutrino's kunnen informeren.

"Steriele neutrino's, als ze bestaan, kan worden gemengd met actieve neutrino's en dus waarneembare effecten achterlaten in de gegevens die zijn verzameld in reactorneutrino-experimenten, "Soo-Bong Kim, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "De experimenten van RENO in Korea en Daya Bay in China, die gebruik maken van meerdere en identieke detectoren op de verschillende locaties, gevoeligheden hebben die hoog genoeg zijn om de Planck-resultaten te testen."

Tot dusver, experimentele inspanningen gericht op het detecteren van hints van steriele neutrino-interacties op sub-eV-schaal waren niet in staat signalen van deze ongrijpbare deeltjes op te pikken. Eerdere bevindingen lijken dus de geldigheid van de recente hypothese op basis van gegevens verzameld door de Planck-telescoop gedeeltelijk uit te sluiten. Om deze hypothese volledig te bevestigen of te ontkrachten, natuurkundigen zullen eerst zoekopdrachten moeten uitvoeren die de resterende parameterruimte beslaan, het verzamelen van zeer nauwkeurige metingen.

In hun studie hebben Kim en zijn collega's analyseerden een enorme hoeveelheid gegevens verzameld door twee identieke detectoren die op ~300m en ~1400m waren geplaatst van zes reactoren die zich in de Hanbit Nuclear Power Plant bevinden, in Korea. Deze gegevens zijn in de loop van acht jaar verzameld, als onderdeel van het RENO-experiment. Het hoofddoel van het RENO-experiment is het meten of instellen van een limiet aan de zogenaamde neutrino-mengmatrixparameter θ ¹³ , die verantwoordelijk is voor de trillingen die zouden ontstaan ​​door het mengen tussen verschillende neutrino-smaken.

"Het grote gegevensmonster stelt ons in staat om de onzekerheden met betrekking tot de statistische fluctuaties te verminderen en onze twee identieke detectoropstellingen zijn nuttig voor het aanzienlijk verminderen van onzekerheden die verband houden met de meetsystemen en -methoden, " legde Kim uit. "Ze verbeterden de nauwkeurigheid van de neutrino-energiespectrummeting aanzienlijk. De vermenging met niet-waarneembare steriele neutrino's resulteert in het verdwijnen van actieve neutrino's in de gegevens, dus probeerden we de steriele neutrino-effecten te onderzoeken door de spectrale vormen van de twee detectoren te vergelijken."

Algemeen, het recente werk van Kim en zijn collega's bevestigt de mogelijkheid om zoekopdrachten naar donkere materie uit te voeren met behulp van door de mens gemaakte instrumenten die oscillaties met hoge precisie kunnen meten. Tot dusver, de onderzoekers waren niet in staat om significante kenmerken te detecteren die het gevolg zouden kunnen zijn van steriele neutrino-interacties. Daarom, hun bevindingen suggereren dat als deze deeltjes bestonden, hun interacties met andere deeltjes zouden extreem zwak zijn.

"De resultaten die door ons en door het Daya Bay Reactor Neutrino Experiment zijn verzameld, bieden een routekaart voor toekomstige precisiemetingen gericht op het detecteren van steriele neutrino-interacties, " zei Kim. "We zijn nu van plan om de zoektocht naar steriele neutrino's op sub-eV-schaal voort te zetten. In aanvulling, we hebben onlangs de resultaten gerapporteerd van een eV-schaal steriele neutrino-zoektocht die een interessante indicatie liet zien van vermenging met steriel neutrino in de waargenomen neutrino-spectra. We zijn van plan deze inspanningen voort te zetten met behulp van het RENO-reactorneutrinocomplex."

© 2020 Wetenschap X Netwerk