«

Кристаллы, которые могут перевернуть всю физику

»

Дата: 18.04.2012 в 15:17 · Категория: Новости науки

Сибирские ученые впервые в мире получили высококачественные кристаллы
для экспериментов, которые могут показать ошибочность современной основополагающей физической теории — Стандартной модели элементарных частиц
Новосибирск 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», —  рассказал заведующий лабораторией роста кристаллов ИНХ СО РАН Владимир Шлегель. По его словам, испытания кристаллов молибдата цинка в Институте масс- и ядерной спект-рометрии 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.
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 сущест-вование безнейтринного двойного бета-распада, который до сих пор не был достоверно обнаружен в эксперименте. Соавтор исследования, Федор Даневич из киевского Института ядерных исследований, пояснил, 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.
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 он.
Криогенные сцинтилляционные болометры на основе «новоси-бирских 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 крис-таллов. «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 крис-таллы 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 регис-трации солнечных нейтрино.
«Для строительства полноценного детектора нейтрино необходимы сотни и тысячи килограммов полученного нами кристалла, но, поскольку стоимость нужного количества изотопов молибдена в разы выше, чем платины, пока мы изготовили небольшие экспериментальные образцы весом в 200—300 граммов», — сказал Шлегель.

По сообщению сайта Информационный портал «ЧЕСТНОЕ СЛОВО»


Читайте также:
Кому (e-mail)
Антибот
Имя *
Комментарий *
E-Mail

На этот адрес будут приходить уведомления о новых комментариях.
Мы никогда и никому не покажем этот адрес электронной почты.
Антибот *
О ПРОЕКТЕ | ПИСЬМО В РЕДАКЦИЮ | ИСТОЧНИКИ НОВОСТЕЙ | ПРЕДЛОЖИТЬ ЛЕНТУ

Сейчас в базе агрегатора 2 198 595 новостей из 209-и лент