No hay neutrinos estériles en los reactores nucleares

Los reactores nucleares tienen una anomalía. Que no cunda el pánico: no pone en peligro su funcionamiento ni su seguridad. Pero esto desconcierta a los físicos de partículas: ¡el flujo de neutrinos (y más precisamente sus antipartículas, antineutrinos) medido cerca de los reactores es más bajo que las predicciones teóricas! ¿Este déficit se debe a una partícula hipotética, el neutrino estéril? ¿O un problema con los modelos teóricos en los que se basa el cálculo del número de antineutrinos emitidos por los materiales fisionables? Colaboración científica franco-alemana Estéreo acaba de decidir: el culpable no es el neutrino estéril.

Isótopos de núcleos pesados, como el uranio 235 (²³⁵U) o plutonio-239 (²³⁹Pu), fisión en el corazón de los reactores nucleares para formar núcleos inestables que se desexcitan por desintegración β^–. Con cada desintegración, un neutrón del núcleo se convierte en un protón, con la emisión de un electrón y un antineutrino. Determinar el flujo de antineutrinos así generado es muy difícil, porque estas partículas interactúan muy débilmente con la materia. En la década de 1980, los físicos estimaron el flujo teórico de antineutrinos a partir del flujo medido de electrones, que es mucho más fácil de detectar.

Sin embargo, en 2011 “nos hicimos cargo de las medidas de electrones y del método que permite deducir el flujo de antineutrinos”, cuenta David Lhuillier, físico del CEA y miembro del equipo. Estéreo. Después de corregir y volver a analizar los datos existentes, los investigadores encontraron que faltaba el 6% de los antineutrinos en todas las mediciones directas de estas antipartículas realizadas en las salidas del reactor. El error vino de la descripción teórica de la cascada de desintegración del uranio o fue la señal de una partícula nunca observada: el neutrino estéril.

El neutrino, o antineutrino, viene en tres «sabores» conocidos (electrónico, muónico, tauico) y puede oscilar entre todos los sabores, es decir, pasar espontáneamente de uno a otro. Por lo tanto, “incluso si β decae^– solo emite antineutrinos electrónicos, aparece un aporte de otros sabores dependiendo de la distancia recorrida”, dice David Lhuillier. Al medir a cierta distancia los antineutrinos emitidos por un reactor, se detectan menos antineutrinos electrónicos de los emitidos, transformándose el resto en antineutrinos de otros sabores. Pero este fenómeno no es suficiente para explicar el déficit observado. Sin embargo, el modelo estándar de partículas acomodaría fácilmente un cuarto tipo de neutrino: el neutrino estéril. En el caso de los reactores nucleares, la oscilación de neutrinos estériles podría explicar el déficit.

En 2017, el experimento Daya Baya, realizado en una central eléctrica comercial en China utilizando ambos isótopos. ²³⁵tu eres ²³⁹Pu, reveló que el déficit del 6% se debió principalmente a las incertidumbres en la cascada de desintegración del uranio.

Para confirmar este resultado, el experimento Estéreo se llevó a cabo en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble. Esta ubicación no fue elegida por casualidad: el reactor allí es uno de los más enriquecidos del mundo en términos de ²³⁵U, y el detector se colocó a solo diez metros del núcleo. Una distancia a la que deberían ser detectables las oscilaciones específicas de los neutrinos estériles.

Además, Estéreo comprende seis celdas idénticas, todas actuando como detectores. Así, si el antineutrino estéril fuera el responsable del déficit, la oscilación tendría características diferentes de una célula a otra. «¡Pero eso no es lo que observamos!» explica David Lhuillier. “La hipótesis del antineutrino estéril puede rechazarse definitivamente como explicación de la anomalía. Por el contrario, nuestras mediciones apuntan a una falla en el modelo que describe las desintegraciones de uranio”.

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