РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Нейтрино – не фермион Майораны: Неуловимый безнейтринный двойной бета-распад

Наблюдения не подтверждают предположение о том, что нейтрино может быть собственной античастицей: физикам не удалось получить свидетельства того, что безнейтринный двойной бета-распад возможен.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Давний спор в среде физиков, кажется, улажен — в наименее интригующую сторону. Над этим потрудились исследователи, работающие с германиевыми детекторами GERDA Национальной лаборатории Гран-Сассо (Италия), расположенными на глубине 1400 м. Продолжительные наблюдения не выявили признаков безнейтринного двойного бета-распада.

Обычный бета-распад происходит, когда нейтрон превращается в протон, испуская электрон и нейтрино (или антинейтрино) — частицу, лишенную заряда и с очень малой массой. Нейтрино участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Долгое время они оставались в числе кандидатов на роль фермионов Майораны — частиц, являющихся собственными античастицами.

Более редкий тип бета-распада — двойной, когда два нейтрона в ядре одного атома одновременно превращаются в протоны, электроны и нейтрино (антинейтрино). Безнейтринный двойной бета-распад противоречит Стандартной модели, но допускается некоторыми её расширениями при условии, что нейтрино является фермионом Майораны.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Если рассматривать подробнее процесс «превращения» нейтрона в протон, можно отметить, что сопутствующее преобразование d-кварков в u-кварки не сразу дает нейтрино (антинейтрино). Сперва образуется бозон W⁻.

В Стандартной модели этот бозон превращается в электрон и антинейтрино. Но если верна другая модель, предусматривающая существование фермионов Майораны, пара бозонов W⁻ поведет себя иначе: один из них распадется на электрон и антинейтрино, а второй поглотит эту пару, испустив электрон.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Поэтому получить на практике свидетельства безнейтринного двойного бета-распада означало бы доказать, что нейтрино — уникальная частица, являющаяся и материей, и антиматерией одновременно (фотоны, являющиеся собственными античастицами, не в счет, поскольку они — безмассовые).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В 2001 году внимание ученых привлекло заявление группы физиков из Института Макса Планка (Германия), использовавших оборудование Гран-Сассо для экспериментов с изотопом германия-76, ядра которого — одни из немногих обладающих нужным для двойного бета-распада числом протонов и нейтронов. Исследователи утверждали, что получили свидетельства безнейтринного двойного бета-распада, однако их независимые коллеги оспорили чистоту эксперимента.

Для того чтобы отличить обычный двойной бета-распад от безнейтринного, используются детекторы, фиксирующие энергию испускаемых электронов. При двойном бета-распаде часть энергии системы «уносится» нейтрино, поэтому энергия электронов всегда будет ниже теоретического минимума. Но если детекторы зафиксируют достаточное количество электронов с высокими энергиями — это может быть свидетельством существования безнейтринного двойного бета-распада. Физики из Института Макса Планка зафиксировали такие события, однако, по мнению оппонентов, они не исключили обычный радиоактивный распад, который также мог стать причиной подобного сигнала.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Повторив эксперимент на более совершенном оборудовании, другая группа исследователей (из 19 различных НИИ и университетов Европы) не обнаружила признаков безнейтринного двойного бета-распада. Конечно, это не доказывает его принципиальную невозможность. Но такой распад, если он вообще происходит, может случаться настолько редко, что для его обнаружения потребуется германиевый детектор весом не 18 кг (как в последнем эксперименте), а целую тонну.

Загрузка статьи...