html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Детектор CUPID-0 получил первые результаты по поиску двойного безнейтринного бета-распада


CUPID Collaboration / Eur. Phys. J. C

Физики из Италии и Франции в ходе эксперимента CUPID-0 получили самый низкий в истории уровень фонового загрязнения для болометрических измерений и установили ограничение на период двойного безнейтринного бета-распада, которое составило примерно 1024 лет. При этом детектор весил всего несколько килограммов, хотя обычно масса установок по поиску этого типа распада доходит до нескольких тонн. Такого результата ученым удалось добиться за счет добавления в установку фотонных детекторов. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Одна из больших загадок современной физики — это барионная асимметрия, то есть преобладание вещества над антивеществом в видимой Вселенной. Очевидно, что в рамках Стандартной модели объяснить отличие между суммарными массами вещества и антивещества нельзя — в этой модели каждой частице соответствует античастица, а разность между числом частиц и античастиц (барионное число) сохраняется во всех возможных процессах. Другими словами, частицы могут рождаться или исчезать только в паре с соответствующими античастицами — например, электрон может аннигилировать в фотон только в паре с позитроном. Тем не менее, в некоторых расширениях Стандартной модели допускается существование частиц, которые являются античастицами сами для себя. Такие частицы, впервые описанные в 1937 году итальянским физиком-теоретиком Этторе Майорана, называются майорановскими фермионами. Если майорановские фермионы действительно существуют, они будут аннигилировать друг с другом и нарушать барионное число, и это позволит объяснить барионную асимметрию Вселенной.

Ученые до сих пор не знают, существуют ли майорановские фермионы на самом деле. Основными кандидатами на эту роль выступают нейтрино — частицы, которые очень слабо взаимодействуют с веществом и имеют очень маленькую, но не нулевую массу. Как правило, для экспериментального подтверждения майорановской природы нейтрино ученые используют двойной безнейтринный бета-распад, в ходе которого ядро радиоактивного элемента испускает два электрона и увеличивает свой заряд на двойку. Кратко этот процесс обозначают как 0νββ: 0 нейтрино и две бета-частицы. В ходе обычного бета-распада один из нейтронов ядра превращается в протон, параллельно испуская электрон и электронное антинейтрино, а в ходе двойного бета-распада подобные превращения происходит одновременно с двумя нейтронами. Если нейтрино действительно являются майорановскими фермионами, они аннигилируют сразу же после рождения, и экспериментаторы увидят только электроны. Таким образом, регистрация двойного безнейтринного бета-распада будет служить надежным доказательством майорановской природы нейтрино.

К сожалению, увидеть этот процесс на практике очень сложно из-за его крайне низкой вероятности. Двойной бета-распад сам по себе происходит очень редко — например, период полураспада ядер теллура-128 по этому каналу составляет более 1024 лет, что на сегодняшний день является абсолютным рекордом среди радиоактивных изотопов. Более того, вероятность того, что родившиеся нейтрино успешно аннигилируют, пропорциональна массе частиц, которая по последним оценкам не превышает десятой доли электронвольта. Это еще больше осложняет регистрацию процесса. Тем не менее, физики продолжают совершенствовать детекторы и постепенно приближаются к теоретическим оценкам на период полураспада.

В частности, в ходе эксперимента CUPID-0 (CUORE upgrade with particle identification) ученые построили подобный детектор, чувствительность которого в сто раз превышает чувствительность похожей установки (CUORE). Новый детектор состоит из 24 обогащенных и двух природных цинк-селеновых кристаллов суммарной массой около десяти килограммов, сгруппированных в колонну и охлажденных до температуры порядка 10 милликельвинов. При таких низких температурах теплоемкость кристаллов стремится к нулю, а потому даже самое незначительное выделение энергии, сопровождающее распады частиц, заметно нагревает образец. Отслеживая такие колебания температуры с помощью чувствительных термометров, можно регистрировать распады частиц; подобные устройства называют криогенными калориметрами, или болометрами. Кроме того, физики дополнительно снабдили установку детектором фотонов, который позволил им отсекать фоновые события, мешающие распознать двойной безнейтринных бета-распад. В частности, чувствительность предыдущего детектора CUORE в основном ограничивалась загрязнением из-за альфа-частиц, которые рождались в медных подставках, удерживающих кристаллы. Также в целях снижения фонового сигнала детектор сооружался в Национальной лаборатории Гран-Сассо, находящейся на глубине около 1,5 километров под землей.

Изображение детектора CUPID

CUPID Collaboration / Eur. Phys. J. C

Схема детектора; справа — отдельный модуль, содержащий кристалл и фотонный детектор

CUPID Collaboration / Eur. Phys. J. C


Построенная учеными установка собирала данные с июня по декабрь 2017 года, причем в ходе эксперимента ученые четыре раза калибровали детектор, чтобы повысить его точность. Каждое повышение температуры, которое могло бы сопровождать двойной безнейтринный бета-распад, ученые анализировали по отдельности, используя шесть параметров, которые описывают энергетический спектр сигнала, и сравнивая степень его сходства с ожидаемым сигналом. Уровень неучтенного фонового сигнала при этом составил порядка 3,6×10−3 отсчетов на килоэлектровольт на килограмм в год, что является самым низким в истории уровнем для болометрических измерений. К сожалению, ученым не удалось зарегистрировать ни одного события, отвечающего безнейтринному бета-распаду. Полученные ими ограничения на период этого процесса составили примерно T > 2,4×1024 лет, а ограничения на массу нейтрино порядка m < 376–770 миллиэлектронвольт.

Стоит отметить, что CUPID-0 — это только первая, «пробная» версия установки, для которой ученые «оттачивали» новый метод детектирования, поэтому прорывных результатов от него не ждали. Построенный детектор проработал всего полгода и содержал всего шесть килограммов селена, причем четыре кристалла из 26 не работали должным образом, и их пришлось исключить из рассмотрения. Тем не менее, благодаря существенному уменьшению фоновых событий за счет фотонных детекторов, чувствительность CUPID-0 более чем в десять раз превысила чувствительность эксперимента NEMO, который проработал гораздо дольше. Поэтому в скором времени ученые планируют построить «полноценный» детектор, содержащий около тонны селена, и улучшить ограничения на период двойного безнейтринного распада на несколько порядков — или наконец увидеть этот процесс.

В октябре прошлого года группа CUORE опубликовала результаты двухмесячного сеанса работы «старшего брата» детектора, в котором вместо селена-82 использовался теллур-130. Измеренное тогда ограничение на период двойного безнейтринного бета-распада составило примерно 1021 лет; ожидается, что в будущем чувствительность детектора позволит довести его значение до величины порядка 1026 лет, которая согласуется с результатами теоретических расчетов. Тем не менее, этот предел уже достигался в другом эксперименте, проводимом группой KamLAND-Zen и использующем в качестве исходных атомов ксенон-136. Более того, в будущем он может быть сдвинут еще больше — ученые уже сейчас предлагают методы, которые повысят распознаваемость распадов в ксеноне и позволят существенно увеличить массу детекторов.

Дмитрий Трунин

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

2

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции