10.11.2022

Сеанс 2022 года набора данных MONUMENT в Швейцарии

В Швейцарии, в Институте Пауля Шеррера (PSI), при участии группы сотрудников нашей лаборатории закончился очередной сеанс набора данных в эксперименте MONUMENT. В этом году он начался в середине сентября, продлился почти полтора месяца и включал как онлайн-, так и офлайн-измерения (снятые с пучка мишени с наработанной активностью впоследствии измерялись в радиохимической лаборатории).

Зинатулина Дания Раушановна

Измерения проводились в рамках общего проекта по определению матричных элементов для двойного безнейтринного бета-распада. В этом случае масса нейтрино определяется из вероятности (времени жизни) процесса с использованием формулы:

$\Gamma_{ββ}^{0ν}=\frac{1}{T_{ββ}{0ν}}=G^{0ν} \cdot {|M^{0ν}|}^2 \cdot ⟨m_{ββ}⟩$ ,

в которой $G^{0ν}$ – объём фазового пространства, а $⟨m_{ββ}⟩$ – эффективная майорановая масса нейтрино, а $T^{0ν}$ – период полураспада соответствующего изотопа.

Как следует из формулы, для точного определения массы необходимо знание матричных элементов $M^{0ν}$ перехода между начальным и конечным состоянием ядра. При этом необходимо помнить, что переход осуществляется в две фазы через виртуальное состояние промежуточного ядра. А сама вторая фаза (переход из виртуального промежуточного состояния в дочернее) очень напоминает идущий в обратном направлении процесс мю-захвата (такое же изменение заряда ядра, большой передаваемый импульс). Поэтому представляются полезными измерения любых характеристик этого процесса для проверки ядерных моделей и повышения точности теоретических расчётов.

Так, измеренный в рамках эксперимента $^{136}$ Ba является дочерним ядром для используемого в нескольких экспериментах по двойному бета-распаду $^{136}$ Xe, а $^{76}$ Se – для изотопа $^{76}$ Ge, используемого в одном из наиболее перспективных экспериментов в области двойного безнейтринного бета-распада LEGEND, в котором также активно участвуют наши сотрудники. Дополнительно в этом году были измерены обогащенный $^{100}$ Mo и $^{nat}$ Mo. Измерение этого изотопа связано с изучением роли нейтрино в образовании сверхновых звёзд и синтеза в них тяжёлых изотопов.

Идея получения дополнительных экспериментальных данных была поддержана европейским консорциумом по астрофизике и физике частиц. В его рекомендациях особо подчёркнута роль экспериментальных измерений для повышения точности теоретических расчётов в процессах двойного безнейтринного бета-распада.

Первый тестовый сеанс для будущего эксперимента был проведён ещё в составе коллаборации μX в 2019 году. После него программным комитетом института PSI была одобрена трёхлетняя программа по измерениям на пучке низкоэнергетичных мюонов πE1. Сеанс этого года второй из трёх намеченных.

Руководитель проекта к. ф.-м. н. Дания Раушановна Зинатулина комментирует проведённые измерения: “Несмотря на очевидные сложности в осуществлении сегодня международных проектов, наша команда не передала управление проектом на “аутсорсинг” западным коллегам, а в полном составе приняла участие в сеансе. Хотелось бы похвалить ребят за слаженную и местами самоотверженную работу, иногда по 12-14 часов в день, включая ночные смены”.

Необходимо отметить ключевую роль сотрудников ОИЯИ в проекте. Наши коллеги заняты на всех этапах работ: от создания измерительной установки до получения итоговых данных и их анализа.

Проект был инициирован в ЛЯП, и сегодня большая часть работ выполняется сотрудниками лаборатории. Проект MONUMENT является важным дополнением обширной программы изучения процессов двойного бета-распада, которая реализуется в Отделе ядерной спектроскопии и радиохимии. Эта программа включает калориметрические и треко-калориметрические спектрометрические исследования как двухнейтринной моды распадов $2 \nu 2 \beta$ , $2 \nu 2 EC$ , включая распады на возбужденные состояния, так и поиск представляющего особый интерес для современной физики безнейтринного распада $0 \nu 2β$ .