Il Precision Reactor Oscillation and Spectrum Experiment (PROSPECT) ha completato l'installazione di un nuovo rivelatore antineutrino che sonderà la possibile esistenza di una nuova forma di materia.

PROSPETTIVA, situato presso l'High Flux Isotope Reactor (HFIR) presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Department of Energy, ha iniziato a raccogliere dati per studiare gli antineutrini elettronici emessi dai decadimenti nucleari nel reattore per cercare i cosiddetti neutrini sterili e per conoscere le reazioni nucleari sottostanti che alimentano i reattori a fissione.

Gli antineutrini sono sfuggenti, particelle elementari prodotte nel decadimento beta nucleare. L'antineutrino è una particella di antimateria, la controparte del neutrino.

"I neutrini sono tra le particelle più abbondanti nell'universo, ", ha affermato il fisico dell'Università di Yale Karsten Heeger, investigatore principale e co-portavoce del PROSPECT. "La scoperta dell'oscillazione del neutrino ha aperto una finestra sulla fisica oltre il Modello Standard della Fisica. Lo studio degli antineutrini con PROSPECT ci permette di cercare una particella precedentemente non osservata, il cosiddetto neutrino sterile, mentre sondando i processi nucleari all'interno di un reattore."

Negli ultimi anni diversi esperimenti sui neutrini nei reattori nucleari hanno rilevato meno antineutrini di quanto previsto dagli scienziati, e l'energia dei neutrini non corrispondeva alle aspettative. Questo, in combinazione con precedenti risultati anomali, ha portato all'ipotesi che una frazione di antineutrini elettronici possa trasformarsi in neutrini sterili che sarebbero rimasti inosservati negli esperimenti precedenti.

Questa ipotetica trasformazione avverrebbe attraverso un processo quantomeccanico chiamato oscillazione del neutrino. La prima osservazione dell'oscillazione dei neutrini tra i tipi noti di neutrini del sole e dell'atmosfera ha portato al Premio Nobel 2015 per la fisica.

L'installazione di PROSPECT segue quattro anni di intensa ricerca e sviluppo da una collaborazione di oltre 60 partecipanti provenienti da 10 università e quattro laboratori nazionali.

"Lo sviluppo di PROSPECT si basa su anni di ricerca nel rilevamento degli antineutrini dei reattori con rivelatori di superficie, un compito estremamente impegnativo a causa di sfondi elevati, " ha dichiarato il co-portavoce del PROSPETTO Pieter Mumm, uno scienziato presso il National Institute of Standards and Technology (NIST).

L'esperimento utilizza un nuovo sistema di rivelatore antineutrino basato su una tecnologia di rivelatore a scintillatore liquido segmentato. La combinazione di segmentazione e un unico, La formulazione di scintillatore liquido drogato con litio consente a PROSPECT di identificare i tipi di particelle e i punti di interazione. Queste caratteristiche di progettazione, insieme ad ampio, schermatura su misura, consentirà a PROSPECT di effettuare una misurazione precisa dei neutrini nell'ambiente ad alto fondo di un reattore nucleare.

La tecnologia di rilevamento di PROSPECT può anche avere applicazioni nel monitoraggio dei reattori nucleari per scopi di non proliferazione e nella misurazione dei neutroni dai processi nucleari.

"L'operazione di successo di PROSPECT ci consentirà di ottenere informazioni su uno degli enigmi fondamentali della fisica dei neutrini e sviluppare una migliore comprensione del combustibile dei reattori, fornendo anche un nuovo strumento per le salvaguardie nucleari, " ha detto il co-portavoce Nathaniel Bowden, uno scienziato al Lawrence Livermore National Laboratory ed esperto di tecnologia di non proliferazione nucleare.

Dopo due anni di costruzione e assemblaggio finale presso lo Yale Wright Laboratory, il rivelatore PROSPECT è stato trasportato all'HFIR all'inizio del 2018.

"Lo sviluppo e la costruzione di PROSPECT è stato un significativo lavoro di squadra, avvalendosi delle competenze complementari dei laboratori e delle università nazionali statunitensi, " disse Alfredo Galindo-Uribarri, capogruppo del gruppo Neutrini e Rivelatori Avanzati nella Divisione Fisica dell'ORNL.

PROSPECT è l'ultimo di una serie di esperimenti scientifici fondamentali situati all'HFIR. "Siamo entusiasti di lavorare con gli scienziati di PROSPECT per supportare la loro ricerca, " ha detto Chris Bryan, che gestisce gli esperimenti all'HFIR per la Divisione Reattori di Ricerca dell'ORNL.