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STEREO passe à la vitesse supérieure

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STEREO passe à la vitesse supérieure

L’expérience STEREO publie de nouveaux résultats basés sur la détection d’environ 65 000 neutrinos à une distance proche du réacteur de recherche de l’ILL-Grenoble. La précision améliorée permet de rejeter l’hypothèse d’un 4ème neutrino dans une grande partie du domaine prédit par « l’anomalie neutrino des réacteurs ». Bénéficiant d’un bon contrôle de la réponse du détecteur, STEREO publie également ses premières mesures absolues du taux de neutrinos et de la forme du spectre.

Particules omniprésentes, les neutrinos sont étudiés avec toutes sortes de détecteurs pour tester la théorie du Modèle Standard, pour observer l’intérieur des réacteurs ou des étoiles, ou pour étudier les phénomènes violents aux plus grandes échelles de l’Univers. La détection des faibles signaux laissés par les neutrinos est entrée dans une ère de haute précision… révélant de nouvelles anomalies par rapport aux attentes. L’expérience STEREO a pour objectif de tester directement l’existence d’un hypothétique quatrième neutrino, qui pourrait permettre de comprendre le déficit inexpliqué du nombre de neutrinos détectés à proximité des réacteurs nucléaires (« l’anomalie neutrino des réacteurs »).

Le détecteur STEREO est installé depuis fin 2016 à 10 m du cœur du réacteur de l’Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble. Il mesure précisément les taux et les spectres en énergie des neutrinos émis par le cœur dans 6 cellules de détection identiques. Si un 4ème neutrino existe, il pourra « osciller » avec les neutrinos standard, induisant un motif unique de distorsions spectrales d’une cellule à l’autre. Cependant, les spectres mesurés dans les 6 cellules du détecteur STEREO ont des formes compatibles et nécessitent une analyse très minutieuse. Le résultat actuel réduit considérablement le domaine de possible existence du 4ème neutrino (Figure 1). En continuant à collecter des données, STEREO améliorera sa sensibilité et testera la région restante jusqu’à des amplitudes d’oscillation encore plus faibles. Figure 1 : Contour d’exclusion obtenu avec les dernières données de STEREO (en rouge) dans le plan de l’amplitude d’oscillation vers un 4ème neutrino hypothétique (axe horizontal) et de la fréquence de cette oscillation (axe vertical). Ce résultat rejette une grande partie du domaine d’existence du 4ème neutrino prédit par l’anomalie neutrino des réacteurs (indiquée par les contours noirs).

Au-delà de la comparaison cellule à cellule, une tâche plus difficile consiste à contrôler la réponse absolue du détecteur. Le résultat STEREO est d’un grand intérêt car le combustible nucléaire du cœur de l’ILL est hautement enrichi et les neutrinos détectés proviennent de la fission d’un isotope unique, l’Uranium 235 (235U), et non de la fission d’un mélange de 4 isotopes comme c’est le cas dans les réacteurs commerciaux. La forme du spectre mesurée par l’ensemble des 6 cellules montre (figure 2) un accord remarquable avec la forme prédite pour un spectre pur d’235U jusqu’à 6,3 MeV, mais des écarts au-delà des incertitudes estimées sont également observés aux énergies les plus élevées. STEREO n’a pas encore exprimé tout son potentiel. Des calibrations complémentaires sont à l’étude pour réduire encore les incertitudes sur la forme et on attend autant de neutrinos que ceux déjà collectés d’ici mi-2020 ! Figure 2 : Spectre des neutrinos mesuré par STEREO (points noirs) comparé à la prédiction (ligne jaune) normalisée (la surface du spectre prédite est égale à la surface du spectre mesuré).

STEREO est une expérience franco-allemande. Le LAPP, est engagé depuis sa conception dans l’expérience STEREO. Il a été chargé de définir et de construire une partie de la protection du détecteur vis à vis des bruits de fond (blindages en plomb) et le cadre mécanique soutenant les blindages qui permet le déplacement de l’expérience. Il a développé et exploite les systèmes de calibration du détecteur utilisant des sources radioactives. Les physiciens du LAPP sont également impliqués dans la collection et dans l’analyse des données.

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