Nieuwe wetenschappelijke resultaten bevestigen een anomalie die is waargenomen in eerdere experimenten, die kunnen wijzen op een nog niet bevestigd nieuw elementair deeltje, het steriele neutrino, of wijzen op de noodzaak van een nieuwe interpretatie van een aspect van de standaardmodelfysica, zoals het neutrinokruis. sectie, voor het eerst 60 jaar geleden gemeten. Los Alamos National Laboratory is de leidende Amerikaanse instelling die meewerkt aan het Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST)-experiment, waarvan de resultaten onlangs zijn gepubliceerd in de tijdschriften Physical Review Letters en Fysieke beoordeling C .

"De resultaten zijn erg opwindend", zegt Steve Elliott, hoofdanalist van een van de teams die de gegevens evalueert en lid van de Los Alamos Physics-divisie. "Dit bevestigt absoluut de anomalie die we in eerdere experimenten hebben gezien. Maar wat dit betekent is niet duidelijk. Er zijn nu tegenstrijdige resultaten over steriele neutrino's. Als de resultaten aangeven dat fundamentele kern- of atoomfysica verkeerd wordt begrepen, zou dat ook heel interessant zijn ." Andere leden van het Los Alamos-team zijn Ralph Massarczyk en Inwook Kim.

Meer dan anderhalve kilometer onder de grond in het Baksan Neutrino Observatorium in het Russische Kaukasusgebergte, gebruikte BEST 26 bestraalde schijven van chroom 51, een synthetische radio-isotoop van chroom en de 3,4 megacuriebron van elektronenneutrino's, om een ​​binnen- en buitentank van gallium, een zachte , zilverachtig metaal dat ook in eerdere experimenten werd gebruikt, hoewel eerder in een opstelling met één tank. De reactie tussen de elektronenneutrino's van het chroom 51 en het gallium produceert de isotoop germanium 71.

De gemeten productiesnelheid van germanium 71 was 20-24% lager dan verwacht op basis van theoretische modellering. Die discrepantie komt overeen met de anomalie die in eerdere experimenten werd waargenomen.

BEST bouwt voort op een zonne-neutrino-experiment, het Sovjet-Amerikaanse Gallium Experiment (SAGE), waaraan het Los Alamos National Laboratory een belangrijke bijdrage leverde, te beginnen in de late jaren tachtig. Bij dat experiment werden ook gallium- en neutrinobronnen met hoge intensiteit gebruikt. De resultaten van dat experiment en andere gaven een tekort aan elektronenneutrino's aan - een discrepantie tussen de voorspelde en de werkelijke resultaten die bekend werden als de 'galliumafwijking'. Een interpretatie van het tekort zou bewijs kunnen zijn voor oscillaties tussen elektronenneutrino- en steriele neutrino-toestanden.

Dezelfde anomalie kwam terug in het BEST-experiment. De mogelijke verklaringen omvatten opnieuw oscillatie in een steriel neutrino. Het hypothetische deeltje kan een belangrijk onderdeel vormen van donkere materie, een toekomstige vorm van materie waarvan men denkt dat het de overgrote meerderheid van het fysieke universum vormt. Die interpretatie moet misschien verder worden getest, omdat de meting voor elke tank ongeveer hetzelfde was, hoewel lager dan verwacht.

Andere verklaringen voor de anomalie zijn onder meer de mogelijkheid van een misverstand in de theoretische input voor het experiment - dat de fysica zelf moet worden herwerkt. Elliott wijst erop dat de dwarsdoorsnede van het elektronenneutrino nooit is gemeten bij deze energieën. Een theoretische input voor het meten van de dwarsdoorsnede, die moeilijk te bevestigen is, is bijvoorbeeld de elektronendichtheid bij de atoomkern.

De methodologie van het experiment werd grondig herzien om er zeker van te zijn dat er geen fouten werden gemaakt in aspecten van het onderzoek, zoals de plaatsing van stralingsbronnen of de werking van het telsysteem. Toekomstige herhalingen van het experiment, indien uitgevoerd, kunnen een andere stralingsbron bevatten met hogere energie, langere halfwaardetijd en gevoeligheid voor kortere oscillatiegolflengten. + Verder verkennen

Resultaten van het NEOS-experiment op steriele neutrino's wijken deels af van de theoretische verwachtingen