El experimento STEREO (Búsqueda de oscilaciones de neutrinos estériles ) investigó la posible oscilación de neutrinos de un reactor nuclear en neutrinos ligeros, los llamados neutrinos estériles . Se llevó a cabo en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, Francia. El experimento tomó datos desde noviembre de 2016 hasta noviembre de 2020. Los resultados finales del experimento rechazaron la hipótesis de un neutrino ligero estéril. [1]
El detector STEREO está situado a una distancia de 10 m del reactor de investigación del ILL. El reactor de investigación tiene una potencia térmica de 58 MW. STEREO debe medir el flujo y el espectro de neutrinos cerca del reactor. [2] Para poder detectar los neutrinos irradiados desde el reactor, el detector se llena con 1800 litros de centelleador líquido orgánico dopado con gadolinio . [3] Dentro del centelleador, los neutrinos se capturan mediante el proceso de desintegración beta inversa .
En este proceso se produce un positrón . Cuando el positrón se mueve a través del centelleador se produce una señal luminosa, que es detectada por los 48 tubos fotomultiplicadores (PMT) colocados en la parte superior de las celdas del detector. [4] La captura del neutrón que también se produce durante la desintegración beta inversa produce una segunda señal de coincidencia.
La distancia esperada entre el máximo y el mínimo de oscilación de los neutrinos ligeros estériles es de unos 2 m. Para ver la oscilación, el detector está dividido en 6 celdas de detección independientes, cada una de las cuales mide el espectro de energía de los neutrinos detectados. Al comparar los espectros medidos, se podría descubrir una posible oscilación (ver Figura 2).
El experimento STEREO detecta neutrinos por día. [5]
Los neutrinos interactúan de forma débil . Por lo tanto, los detectores de neutrinos como STEREO deben ser muy sensibles y necesitan una buena protección contra señales de fondo adicionales para poder detectar neutrinos con precisión. [2]
Para lograr esta alta sensibilidad, las 6 celdas detectoras internas están rodeadas por un centelleador líquido (sin gadolinio) que actúa como un "captador gamma" que detecta la radiación gamma entrante y saliente . Esto aumenta significativamente la eficiencia de detección, así como la resolución energética del detector. Un detector Cherenkov lleno de agua se coloca sobre el detector para detectar muones cósmicos que se producen en la atmósfera y que de otro modo actuarían como una gran fuente de fondo. Para proteger el detector de fuentes radiactivas provenientes de experimentos circundantes, está rodeado y protegido por muchas capas (65 t) de plomo y polietileno principalmente, pero también de hierro, acero y .
Aunque la oscilación de neutrinos es un fenómeno que hoy en día se entiende bastante bien, todavía hay algunas observaciones experimentales que cuestionan la integridad de nuestra comprensión. La más destacada de estas observaciones es la llamada anomalía del antineutrino del reactor (RAA) (véase la Figura 3). Una serie de experimentos de neutrinos del reactor de línea base corta han medido un flujo de neutrinos antielectrones ( ν e ) significativamente menor en comparación con las predicciones teóricas (una desviación de 2,7 σ ). [6] Otras anomalías experimentales son la aparición inesperada de ν e en un haz de ν μ de línea base corta (anomalía LSND) [7] , así como la desaparición de ν e a distancias cortas durante la fase de calibración de los experimentos GALLEX [8] y SAGE [9], conocida como la anomalía del neutrino de galio.
Estas anomalías podrían significar que nuestra comprensión de las oscilaciones de neutrinos aún no está completa y que los neutrinos oscilan en otra cuarta especie de neutrino. Sin embargo, las mediciones del ancho de desintegración del bosón Z en el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) excluyen la existencia de un cuarto neutrino ligero "activo" (es decir, que interactúa a través de la fuerza débil). [10] Por lo tanto, la oscilación en neutrinos ligeros "estériles" adicionales se considera como una posible explicación de las anomalías observadas. Además, los neutrinos estériles aparecen en muchas extensiones destacadas del Modelo Estándar de física de partículas , por ejemplo, en el mecanismo de balancín de tipo 1.
Los resultados iniciales se publicaron en 2018, aprovechando un conjunto de datos de 66 días de reactor encendido. [11] La mayor parte del espacio de parámetros que podría explicar el RAA se excluyó con un nivel de confianza del 90%. Los resultados finales se publicaron en 2023. Se detectaron 107.588 antineurinos desde octubre de 2017 hasta noviembre de 2020. La explicación del neutrino estéril para el RAA se rechazó hasta unos pocos (eV)² para la división de masa cuadrada entre los estados de neutrinos estándar y estériles (ver figura 4). [1]
