Fizycy z eksperymentu PROSPECT zakończyli analizę danych z kompaktowego reaktora jądrowego w Oak Ridge i nie znaleźli żadnych oznak przekształcania się antyneutrin elektronowych w sterylne. Jednocześnie naukowcom udało się wykluczyć cały szereg parametrów, w tym punkt wcześniej uznany przez eksperyment Neutrino-4 za wskazujący na istnienie sterylnych neutrin. Pracę opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters.
Neutrina sterylne to hipotetyczne cząstki, które nie uczestniczą w oddziaływaniach słabych, ale teoretycznie mogą czasowo przekształcić się w zwykłe neutrina i odwrotnie. Taki scenariusz umożliwiłby wyjaśnienie kilku anomalii w danych z różnych eksperymentów z neutrinami — w szczególności anomalii reaktorowych i galowych, w których odnotowano niedobór neutrin w porównaniu z przewidywaniami. Poszukiwanie tych przekształconych substancji w niewielkiej odległości od źródła jest jedną z najbardziej bezpośrednich metod znajdowania stanów sterylnych. W szczególności naukowcy biorący udział w eksperymencie Neutrino-4 poinformowali wcześniej, że zaobserwowali oscylacje, które z dużym prawdopodobieństwem mogą wskazywać na obecność neutrina sterylnego.
Jednak fizycy z eksperymentu PROSPECT nie zaobserwowali takich oscylacji. Przeanalizowano wszystkie dane zebrane do 2018 r. w odległości 6,7–9,2 metrów od kompaktowego reaktora HFIR w Stanach Zjednoczonych, wykorzystując detektor wypełniony ciekłym scyntylatorem domieszkowanym litem-6. Naukowcy wybrali zdarzenia odwrotnego rozpadu beta — oddziaływania antyneutrina z protonem. Zastosowano nową technikę analizy danych, która pozwoliła na wykorzystanie większej ilości danych w porównaniu z poprzednimi pracami, w tym z segmentów z częściowo sprawnymi fotodetektorami, a także na osiągnięcie wysokiej dokładności dzięki bardziej niezawodnej separacji sygnałów i tła.
Analiza nie wykazała istotnych rozbieżności z modelem bez oscylacji. W szczególności, punkt ogłoszony wcześniej w eksperymencie Neutrino-4 został wykluczony na poziomie wyższym niż 5σ. Cały obszar do 10 elektronowoltów kwadratowych, na który pozwala anomalia galu, jest również całkowicie wykluczony. Wyniki PROSPECT podważają zatem interpretację tych eksperymentów w odniesieniu do neutrin sterylnych.
Więcej o sterylnych neutrinach i eksperymentach ich poszukiwaniach można przeczytać w naszym materiale „Czysta anomalia”.