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大亚湾实验新结果暗示“中微子反常”或来自理论模型偏差

时间:2017-04-11来源:中国科学院

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45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分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——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分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分的关系,推算了各个成分的中微子产额。实验发现,核燃料中最主要的成分铀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,第二重要的成分钚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,那么不同燃料成分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。 

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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