Nuevas mediciones sugieren que la “anomalía de los antineutrinos de reactores nucleares” se podría deber a un error en el modelo
El análisis reciente indica que el problema de las partículas faltantes podría venir principalmente de uno de los isótopos de uranio.
El resultado de un nuevo estudio científico podría dar luces sobre un desajuste entre las predicciones y las mediciones recientes de las partículas fantasmales que fluyen de los reactores nucleares –la llamada 'anomalía de los antineutrinos de reactores nucleares'- que ha intrigado a los físicos desde 2011.
La anomalía hace referencia al seguimiento que los científicos realizan de la producción de antineutrinos –emitidos como un subproducto de las reacciones nucleares que generan potencia eléctrica- ya que, de forma reiterada, se han detectado menos antineutrinos de los esperados. Una teoría es que algunos de los neutrinos se están transformando en unas partículas indetectables conocidas como neutrinos estériles. Pero los últimos resultados del experimento Daya Bay, ubicado en un complejo nuclear en China, sugieren una explicación más simple: un error de cálculo en la predicción de la tasa de producción de antineutrinos para un componente particular del combustible del reactor.
Los antineutrinos se llevan alrededor del 5% de la energía liberada cuando se produce la fisión de uranio y plutonio, elementos que alimentan el reactor. La composición del combustible cambia mientras el reactor está en operación, y diferentes formas de uranio y plutonio (llamados isótopos) producen diversas cantidades de antineutrinos con energías ligeramente diferentes.
Los nuevos resultados de Daya Bay –donde los científicos han medido más de dos millones de antineutrinos producidos por seis reactores a lo largo de cuatro años de operación- han forzado a reconsiderar cómo ocurren los cambios en la composición del combustible nuclear con el tiempo y cuántos antineutrinos se emiten en cada cadena de decaimiento.
Los científicos encontraron que los antineutrinos producidos por las reacciones nucleares que involucran uranio-235, una forma de uranio enriquecido y común en los combustibles nucleares, se ubicaron fuera de las predicciones. Un modelo común para el uranio-235 predice alrededor de un 8% más que la medición real.
En cambio, el número de antineutrinos de plutonio-239, el segundo ingrediente más común del combustible nuclear, fue consistente con las predicciones, aunque esta medición es menos precisa que la realizada para el uranio-235.
Si los neutrinos estériles –partículas aún no descubiertas que se postulan como un posible candidato a materia oscura- fueran el origen de la anomalía, entonces los investigadores observarían un agotamiento equivalente en el número de antineutrinos para cada uno de los ingredientes del combustible, pero los resultados experimentales no favorecen esta hipótesis.
El último análisis sugiere que el error de cálculo en la tasa de antineutrinos producidos por uranio-235 puede ser la explicación de la anomalía en vez de la presencia de neutrinos estériles. Estos resultados podrán ser confirmados por nuevos experimentos que medirán antineutrinos en reactores que usan combustible compuesto casi enteramente por uranio-235.
"Este es un resultado importante, ya que arroja luz sobre un enigma que lleva varios años sin resolverse", comentó el Juan Pedro Ochoa-Ricoux, académico del Instituto de Física UC. También comentó que "a pesar de que hubiera sido muy emocionante encontrar evidencia de la existencia de un neutrino estéril, este trabajo sugiere que el origen del enigma se encuentra en algo más 'mundano', es decir en un error en las predicciones de antineutrinos de uranio-235 que por décadas se asumieron correctas."
Este trabajo podría ayudar a los investigadores de Daya Bay y de experimentos similares, a entender las tasas y energías fluctuantes de los antineutrinos producidos por componentes específicos de la fisión nuclear que se produce en el ciclo del combustible. Un mejor entendimiento de la evolución del combustible al interior del reactor nuclear podría ser útil para otras aplicaciones nucleares.
Ubicado al noreste de Hong Kong, el experimento Daya Bay utiliza una formación de ocho detectores para captar señales de antineutrinos. La colaboración Daya Bay se compone de 243 investigadores de 41 instituciones en Estados Unidos, China, Chile, Rusia y la República Checa. El equipo chileno en Daya Bay está dirigido por el Profesor Juan Pedro Ochoa-Ricoux, y se compone de dos académicos postdoctorales, dos estudiantes de postgrado y varios estudiantes de pregrado.
El paper "Evolution of the Reactor Antineutrino Flux and Spectrum at Daya Bay" se puede leer aquí.
Información de contacto en Chile
Juan Pedro Ochoa-Ricoux, Instituto de Física UC, jpochoa@uc.cl
*Foto: Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory
