Сибирские ученые создали кристаллы, которые могут преобразить
современную физику
НОВОСИБИРСК, 11 апр - РИА Новости, Мария Роговая. Сибирские ученые впервые
в мире получили высококачественные кристаллы для экспериментов, которые могут
показать ошибочность современной основополагающей физической теории -
Стандартной модели элементарных частиц.
Кристаллы молибдата
цинка и вольфрамата кадмия, выращенные в Институте
неорганической химии СО РАН (Новосибирск), планируется использовать в создании
детекторов для эксперимента по поиску так называемого безнейтринного
двойного бета-распада. Если исключительно редкое событие будет зафиксировано,
это будет означать, что считавшаяся ранее безмассовой
элементарная частица нейтрино имеет массу и является античастицей для самой
себя, а значит, Стандартная модель нуждается в пересмотре.
«Первыми в мире мы вырастили
кристаллы вольфрамата кадмия и молибдата
цинка, обладающие необходимыми свойствами для регистрации редких событий, в
частности, для изучения неуловимых частиц нейтрино», - сказал РИА Новости
заведующий лабораторией роста кристаллов ИНХ СО РАН Владимир Шлегель.
По его словам, испытания
кристаллов молибдата цинка в Институте масс- и ядерной спектрометрии в Орсе
(Франция), а также в одной из крупнейших подземных лабораторий мира -
Национальной лаборатории Гран-Сассо итальянского
Национального института ядерной физики, показали, что на сегодня этот материал
является одним из лучших кандидатов для использования в детекторах двойного
бета-распада.
Шлегель и его коллеги с Украины,
из Франции, Италии и США в статье, опубликованной в журнале Physics
Letters B, показали, что детекторы из таких
кристаллов обладают исключительно высокой чувствительностью при фоновом
сигнале, близком к нулю.
«Низкотемпературные
сцинтилляционные болометры из молибдата цинка
являются подходящими кандидатами для будущих экспериментов по поиску безнейтринного двойного бета-распада», - говорится в
статье.
НЕУЛОВИМЫЙ БЕЗНЕЙТРИННЫЙ
Двойным бета-распадом называют
один из видов радиоактивного распада атомного ядра, который наблюдается крайне
редко и сопровождается испусканием двух электронов и двух нейтрино. Некоторые
теории предсказывают существование безнейтринного
двойного бета-распада, который до сих пор не был достоверно обнаружен в
эксперименте.
Соавтор исследования, Федор Даневич из киевского Института ядерных исследований пояснил
РИА Новости, что более 10 лет назад группа ученых из Германии и России
проводила в Италии эксперимент по поиску безнейтринного
распада с помощью детекторов, изготовленных из изотопа германия-76.
В 2001 году руководитель
германской части научной группы Ханс Клапдор-Кляйнгротхауз (Hans Klapdor-Kleingrothaus) и несколько его коллег, без
согласования с другими членами коллаборации,
опубликовали статью, в которой заявляли, что им удалось зафиксировать безнейтринный распад.
«Коллаборация
в целом этот результат не приняла. Он пошел против коллаборации,
русскую часть даже не предупредил. До сих пор остается неясным, наблюдали они
эффект или нет, до сих пор этот результат интригует», - сказал Даневич.
Эксперименты, в которых
исследуют двойной бета-распад, требуют очень долгого времени наблюдений, ведь
даже разрешенный Стандартной моделью двухнейтринный
двойной бета-распад является самым редким процессом во Вселенной,
зарегистрированным человечеством. При тех периодах полураспада, на которые
нацелены сейчас лучшие эксперименты, пытающиеся увидеть неуловимый процесс, в
десятикилограммовом детекторе за несколько лет наблюдений ожидается всего
несколько распадов, отметил Даневич.
СТАНДРТНАЯ МОДЕЛЬ И «СУПЕРКРИСТАЛЛЫ» ИЗ НОВОСИБИРСКА
Может или не может происходить безнейтринный бета-распад, зависит от свойств нейтрино,
поясняют ученые. Если такой тип распада будет надежно зафиксирован, это будет
означать, что нейтрино имеет массу и является майорановской
частицей, тождественной своей античастице. Даневич
отмечает, что это станет открытием нового типа материи.
По его словам, ранее наличие
массы у нейтрино было надежно доказано в экспериментах с осцилляцией нейтрино,
однако они не позволяют определить ее значение.
«Величину массы нейтрино можно
измерить в эксперименте с безнейтринным двойным
бета-распадом», - сказал собеседник агентства.
Криогенные сцинтилляционные
болометры на основе «новосибирских кристаллов» открывают новые возможности в
этой сфере исследования. «Это очень перспективная и инновационная техника», -
сказал Даневич.
Эксперимент предполагает, что
несколько десятков килограммов кристаллов молибдата
цинка будут помещены в место, надежно изолированное от космических лучей и
очищенное от всех источников радиации. Это могут быть, например, подземные
тоннели лаборатории Гран-Сассо, где работают многие
другие нейтринные эксперименты, в числе которых прославившийся открытием гео-нейтрино (то есть, нейтрино из глубин Земли)
эксперимент Borexino.
Когда в ядре атома молибдена
происходит безнейтринный двойной бета-распад, он
испускает два электрона, вызывающих сцинтилляционную вспышку и небольшое
повышение температуры, которые фиксируются чрезвычайно чувствительными
сенсорами.
«Мы получаем и световой сигнал и
тепловой, а главное, что энергетическое разрешение получается очень высоким», -
пояснил ученый. Он добавил, что для надежного доказательства существования безнейтринного распада требуется зафиксировать хотя бы
10-15 событий.
Для успешного поиска безнейтринного распада подходит очень небольшое число
изотопов - не более десятка. Молибден-100 - один из лучших, у него выше энергия
распада и, следовательно, больше шансов «поймать» событие.
«Очень большое достижение
новосибирцев, что они сделали этот кристалл достаточно высокого качества и
достаточно больших размеров. Раньше говорили, что этот кристалл вообще
невозможно вырастить. Были попытки в Москве и в Харькове, но в Новосибирске его
довели до практически идеального состояния», - сказал Даневич.
По его словам, сейчас сибирские
коллеги работают над тем, чтобы создать технологию, способную дать требуемое
для эксперимента количество и качество кристаллов.
«Нам нужны сотни килограммов,
чтобы провести эксперимент, способный увидеть массу нейтрино, если схема
массовых состояний этой частицы инвертирована, а чтобы повысить шансы, увидеть
этот распад, нужны кристаллы из обогащенного изотопа молибдена-100», - сказал Даневич.
Уже через пару лет ученые
рассчитывают начать демонстрационный эксперимент с несколькими килограммами
таких кристаллов, чтобы проверить, насколько хорошо они «работают». После этого
будет приниматься решение о начале полномасштабного эксперимента, который будет
проводиться, скорее всего, на европейские деньги. Как отметил Даневич, детекторы на основе кристаллов молибдата
цинка также могут быть использованы для поиска темной материи и регистрации
солнечных нейтрино.
«Для строительства полноценного
детектора нейтрино необходимы сотни и тысячи килограммов полученного нами
кристалла, но, поскольку стоимость нужного изотопов молибдена в разы выше, чем
платины, пока мы изготовили небольшие экспериментальные образцы весом в 200-300
граммов», - сказал Шлегель.
источник -