一项新的科学研究也许能解释“反应堆中微子反常”现象,即实验上探测到的反应堆中微子数目总是比理论模型预期的少。它从2011年起就一直困扰着物理学家。
反应堆中微子是反应堆发电过程中核反应的副产物。“反应堆中微子反常”现象的一种理论解释是部分中微子转变成了一种不可探测的粒子,即所谓的“惰性中微子”。但是,大亚湾中微子实验4月5日公布结果,倾向于一个更简单的解释——反应堆燃料中的一种成份产生的中微子产额计算不正确。
在大部分核反应堆中,能量主要来自4种同位素——铀235、铀238、钚239、以及钚241的裂变。中微子也来自这4种同位素裂变产物的衰变。裂变产生的能量约有5%被中微子带走。即使反应堆以恒定的功率发电,产生的中微子数目和能量分布也会发生变化,这是因为核燃料的成份会随着反应堆的运行而演化,而铀和钚产生的中微子数目和能量分布是不同的。
大亚湾实验四年的运行积累了超过200万个中微子事例。利用这些数据,研究了中微子数目与核燃料成份的关系,推算了各个成份的中微子产额。实验发现,核燃料中最主要的成份铀235产生的中微子数目与模型预期不一致,主流模型的预期比实际观测多了8%。同时,第二重要的成份钚239则与模型预期一致。
惰性中微子是一种理论上的粒子。假如真的存在,它有可能是宇宙中的一种暗物质。如果中微子反常是普通中微子振荡到惰性中微子所致,那么不同燃料成份应该具有相同比例的中微子缺失,因为中微子振荡与产生它的是铀还是钚无关。实验数据看上去不符合这项假设。
据此,大亚湾实验的新结果认为,反应堆中微子反常很可能是理论模型对铀235中微子产额计算不正确所致,而不是由于存在惰性中微子。未来采用更多的数据,将能够更干净地确认这个结果。如果在使用纯铀的反应堆旁进行实验,也能更进一步验证。
对这个问题的研究,将能够发现核数据库是否准确,能够更好地理解在反应堆中发生的核过程。
相关论文已在arXiv上公布,参见https://arxiv.org/abs/1704.01082
铀235产生的中微子数目与模型预期不一致,钚239则与模型预期一致
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