Первое наблюдение одиночного бета-распада циркония-96
Поиск двойного безнейтринного бета-распада (0νββ) – одна из наиболее актуальных задач в ядерной физике и физике элементарных частиц. Этот распад – гипотетический процесс, выходящий за рамки Стандартной модели. Его обнаружение продемонстрировало бы возможность нарушения лептонного числа и доказало бы майорановскую природу нейтрино, то есть тождественность нейтрино и антинейтрино. Наблюдение 0νββ-распада ответило бы также на вопрос об иерархии нейтринных масс, и в руках ученых оказался бы важный ключ к пониманию, почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии. Так спектрометрические поиски безнейтринного двойного бета-распада связывают ядерную физику с астрофизикой и космологией и ведут к открытию совершенно новой интереснейшей физики.
Сегодня самым перспективным кандидатом для будущих экспериментов по изучению двойного бета-распада является цирконий-96. Цирконий-96 – нестабильный изотоп циркония с очень большим периодом полураспада, приблизительно в миллиард раз превышающим возраст Вселенной. В природном цирконии доля интересующего ученых изотопа всего 2,8 %.
Вероятность двойного бета-распада для циркония-96 (при одинаковой массе детекторов) превосходит вероятность распада для германия-76 (другого перспективного ядра) почти в сто раз. Кроме того, энергия распада циркония выше, чем верхний порог энергии гамма-лучей естественной радиоактивности.
В 2022 году Росатом по заказу ОИЯИ разработал метод обогащения циркония-96 и поставил уникальные образцы этого изотопа в Дубну. Образцы исследовались сначала в ОИЯИ, а затем в подземной нейтринной обсерватории ИЯИ РАН на Баксане.
Первым результатом исследований стало открытие самого редкого из всех существующих в природе одиночного бета-распада. Открытый переход происходит реже, чем двойной бета-распад ядра циркония-96 с испусканием двух антинейтрино. Потребовалось несколько лет непрерывных измерений, чтобы ученые могли с уверенностью декларировать это открытие. Статья об этом открытии будет опубликована в одном из престижных журналов по физике. Сейчас описание исследований и полученные результаты размещены в электронном архиве.
Почему открытый бета-распад с самым большим периодом представляет интерес? По сути, это исследование законов мироздания. Процесс распада очень редкий, так как состояния начального и конечного ядер довольно сильно отличаются. При этом переход между состояниями все равно реализуется и хорошо согласуется с предсказаниями. Это означает, что наше понимание законов природы на временных отрезках, значительно превышающих время жизни Вселенной, работает. Полученные данные также позволят более достоверно интерпретировать результаты поиска 0νββ-распада.
Ученые планируют искать двойной бета-распад циркония-96 на возбужденные состояния молибдена-96, создавать специальные детекторы для более точного изучения двойного бета-распада циркония-96 на основное состояние и поиска 0νββ-распада.
В настоящее время в ОИЯИ реализуется одна из лучших в мире программ по исследованию нейтрино. Представленное экспериментальное открытие бета-распада с самым большим периодом полураспада в очередной раз подтверждает высокий уровень проводимых в Институте исследований.
Новости науки
