Высокоточные измерения позволили приблизиться к разгадке природы нейтрино
Нейтрино — очень распространенные и неуловимые фундаментальные частицы, входящие в Стандартную модель физики элементарных частиц. Изучение их свойств позволяет создавать более точные модели зарождения Вселенной, эволюции звезд и фундаментальных взаимодействий между частицами. Среди открытых вопросов — абсолютная масса нейтрино и вопрос о том, существуют ли антинейтрино, или это своеобразная частица 2 в 1.
Согласно стандартной модели физики элементарных частиц, нейтрино способны только на слабые взаимодействия с другими частицами, что затрудняет измерение их свойств. Доказано, что нейтрино обладают массой, хотя точное значение массы неизвестно и установлены только верхние пределы. Масса нейтрино может быть определена по профилю электронного спектра бета-распада или путем измерения периода полураспада крайне редко наблюдаемого режима двойного бета-распада без нейтрино (0νββ). Наблюдение распада 0νββ может продемонстрировать, что нейтрино является античастицей по отношению к самому себе, и указало бы на механизм, придающий нейтрино его массу.
Чтобы определить пригодность возможного распада для будущего эксперимента, выходящего за пределы Стандартной модели, должна быть точно известна энергия, выделяющаяся при бета- или двойном бета-распаде (значение Q). В своей докторской диссертационной работе Юуни Руотсалайнен (Jouni Ruotsalainen) определил значения Q для двух ядер, распадающихся двойным бета-распадом, и одного ядра, распадающегося простым бета-распадом.
В работе впервые были непосредственно измерены значения ββ-распада рутения-104 и олова-122 (104Ru и 122Sn). Измерения проводились с использованием метода ионно-циклотронного резонанса с фазовой визуализацией на установке двойной ловушки Пеннинга JYFLTRAP, расположенной на установке Ion-Guide Isotope Separator On-Line (IGISOL) в ускорительной лаборатории Университета Ювяскюля.
Были измерены значения Q, которые составили Qββ (104Ru) = 1297,705(36) кэВ и Qββ (122Sn) = 373,58(12) кэВ. Периоды полураспада 0ν-мод были рассчитаны в сотрудничестве с группой теории атомного ядра Университета Ювяскюля и составили t0ββ ½(104Ru) ≥ 5,449×1026 и t0ββ ½(122Sn) ≥ 1,51 × 1027 лет. Такие сроки исключают возможность полноценных наблюдений. Тогда был взят компромиссный вариант — реакция изомера серебра-110 с превращением в кадмий-110 с относительно коротким периодом полураспада.
Значение (Q < 1 кэВ) при переходе от изомерного состояния 6+m в 110Ag к состоянию 5+2 в 110Cd было определено путем объединения известных спектроскопических данных с измерением разности масс 110Cd и 110Ag, выполненным с использованием метода PI-ICR в ловушке Пеннинга. Сверхнизкое значение Q было подтверждено при Q∗β, m (110Ag) = 405(135) эВ. Таким образом, форма спектра обладает повышенной чувствительностью к массе нейтрино.
Частичный период полураспада был рассчитан как t1/2 = 2,23 × 107 лет, что меньше, чем для большинства других известных примеров бета-распада со сверхнизким значением Q. Поскольку изомер 6+ в 110Ag также может быть легко получен путем захвата тепловых нейтронов, этот распад является отличным кандидатом для будущего измерения массы нейтрино.
Защита диссертации молодого финского ученого намечена на 10 октября.
Недавно российские ученые доказали, что нейтрино и антинейтрино не просачиваются в параллельные измерения (если эти измерения вообще есть).
