O Experimento de Oscilação e Espectro do Reator de Precisão (PROSPECT) concluiu a instalação de um novo detector de antineutrino que investigará a possível existência de uma nova forma de matéria.

PROSPECT, localizado no High Flux Isotope Reactor (HFIR) no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia (ORNL), começou a coletar dados para estudar antineutrinos de elétrons que são emitidos por decaimentos nucleares no reator para pesquisar os chamados neutrinos estéreis e aprender sobre as reações nucleares subjacentes que alimentam os reatores de fissão.

Antineutrinos são evasivos, partículas elementares produzidas no decaimento beta nuclear. O antineutrino é uma partícula de antimatéria, a contraparte do neutrino.

“Os neutrinos estão entre as partículas mais abundantes do universo, "disse o físico Karsten Heeger da Universidade de Yale, investigador principal e co-porta-voz do PROSPECT. “A descoberta da oscilação de neutrinos abriu uma janela para a física além do Modelo Padrão da Física. O estudo de antineutrinos com PROSPECT nos permite buscar uma partícula anteriormente não observada, o chamado neutrino estéril, enquanto sondava os processos nucleares dentro de um reator. "

Nos últimos anos, vários experimentos com neutrinos em reatores nucleares detectaram menos antineutrinos do que os cientistas previram, e a energia dos neutrinos não correspondeu às expectativas. Esse, em combinação com resultados anômalos anteriores, levou à hipótese de que uma fração de antineutrinos de elétrons pode se transformar em neutrinos estéreis que teriam permanecido não detectados em experimentos anteriores.

Essa hipótese de transformação ocorreria por meio de um processo de mecânica quântica denominado oscilação de neutrino. A primeira observação de oscilação de neutrinos entre os tipos conhecidos de neutrinos do sol e da atmosfera levou ao Prêmio Nobel de Física de 2015.

A instalação do PROSPECT segue quatro anos de intensa pesquisa e desenvolvimento com a colaboração de mais de 60 participantes de 10 universidades e quatro laboratórios nacionais.

“O desenvolvimento do PROSPECT é baseado em anos de pesquisa na detecção de antineutrinos de reatores com detectores de superfície, uma tarefa extremamente desafiadora por causa de altos históricos, "disse o co-porta-voz do PROSPECT, Pieter Mumm, um cientista do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).

O experimento usa um novo sistema detector de antineutrino baseado em uma tecnologia de detector de cintilador líquido segmentado. A combinação de segmentação e um único, A formulação do cintilador líquido dopado com lítio permite que o PROSPECT identifique os tipos de partículas e os pontos de interação. Esses recursos de design, junto com extenso, blindagem sob medida, permitirá que o PROSPECT faça uma medição precisa de neutrinos no ambiente de alto fundo de um reator nuclear.

A tecnologia de detecção do PROSPECT também pode ter aplicações no monitoramento de reatores nucleares para fins de não proliferação e na medição de nêutrons de processos nucleares.

"A operação bem-sucedida do PROSPECT nos permitirá obter insights sobre um dos quebra-cabeças fundamentais da física dos neutrinos e desenvolver uma melhor compreensão do combustível do reator, ao mesmo tempo que fornece uma nova ferramenta para salvaguardas nucleares, "disse o co-porta-voz Nathaniel Bowden, um cientista do Laboratório Nacional Lawrence Livermore e um especialista em tecnologia de não proliferação nuclear.

Após dois anos de construção e montagem final no Laboratório Yale Wright, o detector PROSPECT foi transportado para a HFIR no início de 2018.

"O desenvolvimento e construção do PROSPECT foi um esforço de equipe significativo, fazendo uso da experiência complementar em laboratórios e universidades nacionais dos EUA, "disse Alfredo Galindo-Uribarri, líder do grupo de Detectores de Neutrinos e Avançados na Divisão de Física do ORNL.

PROSPECT é o último de uma série de experimentos científicos fundamentais localizados no HFIR. "Estamos entusiasmados em trabalhar com os cientistas do PROSPECT para apoiar suas pesquisas, "disse Chris Bryan, que gerencia experimentos no HFIR para a Divisão de Reatores de Pesquisa do ORNL.