Физики из эксперимента PROSPECT завершили анализ данных с компактного ядерного реактора в Ок-Ридже и не обнаружили признаков превращения электронных антинейтрино в стерильные. При этом ученым удалось исключить целую область параметров, в том числе точку, ранее заявленную экспериментом Neutrino-4 как указание на существование стерильных нейтрино. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Стерильные нейтрино — гипотетические частицы, которые не участвуют в слабом взаимодействии, но теоретически могут временно превращаться в обычные нейтрино и наоборот. Такой сценарий позволил бы объяснить несколько аномалий в данных различных нейтринных экспериментов — в частности, реакторную и галлиевую аномалии, где фиксировался дефицит нейтрино по сравнению с предсказаниями. Поиск этих превращений на коротких расстояниях от источника — один из наиболее прямых способов найти стерильные состояния. В частности, ученые из эксперимента Neutrino-4 ранее сообщали, что наблюдают осцилляции, которые с высокой долей вероятности могут свидетельствовать о наличии стерильного нейтрино.
Однако физикам из эксперимента PROSPECT не удалось увидеть подобных осцилляций. Они проанализировали все данные, собранные до 2018 года на расстоянии 6,7–9,2 метра от компактного реактора HFIR в США при помощи детектора, заполненного жидким сцинтиллятором с добавлением лития-6. Ученые отбирали события обратного бета-распада — взаимодействия антинейтрино с протоном. Они применили новую методику анализа данных, которая позволила использовать больше данных по сравнению с предыдущей работой, в том числе из сегментов с частично работоспособными фотодетекторами, и достичь высокой точности за счёт более надёжного разделения сигналов и фона.
Анализ не выявил значимого расхождения с моделью без осцилляций. В частности, точка, заявленная ранее в эксперименте Neutrino-4, была исключена на уровне выше 5σ. Также полностью исключена вся область до 10 электронвольт в квадрате, которую допускает галлиевая аномалия. Таким образом, результаты PROSPECT ставят под сомнение интерпретацию этих экспериментов в терминах стерильных нейтрино.