Сверхредкий ядерный распад обнаружить не удается
|
Результаты первых полутора лет работы детектора NEMO 3 не подтверждают возможность безнейтринного двойного бета-распада. В ближайшие годы ожидается существенное улучшение точности эксперимента.
Среди ядерных реакций есть особый класс процессов — редкие распады нестабильных ядер. Тщательное изучение этих распадов позволяет выяснить очень тонкие свойства взаимодействий элементарных частиц в ядре, недоступные изучению в других реакциях
К таким редким реакциям относится двойной бета-распад — одновременный распад двух нейтронов в ядре, сопровождающийся испусканием двух электронов и двух антинейтрино (см. обзорную статью М. Г. Щепкин, УФН, т. 142, вып. 8 (1984) и более свежий материал Эксперименты по поиску двойного бета-распада). Несмотря на то, что вероятность такого распада очень мала, он уже был зарегистрирован у многих ядер.
Однако не это самое интересное. Согласно некоторым теориям, нейтрино и антинейтрино могут оказаться одной и той же частицей. В этом случае возможен еще более редкий процесс — безнейтринный двойной бета-распад, то есть испускание только двух электронов (историю вопроса см. в лекции Тождественны ли нейтрино и антинейтрино?). События, произошедшие в физике нейтрино за последние годы, поставили перед научным сообществом вопрос ребром: для дальнейшего прогресса необходимо однозначно выяснить, являются ли нейтрино и антинейтрино одной и той же частицей или нет.
Интерес к двойному безнейтринному бета-распаду подогревается еще и тем, что три года назад гейдельбергско-московская группа экспериментаторов сообщила о наблюдении этого распада в образце германия-76 (ситуацию на 2003 год см. на странице Текущие открытия в ФЭЧ: двойной безнейтринный бета-распад). Из этого наблюдения следовало, что масса нейтрино составляет несколько десятых долей электронвольта. Однако научное сообщество довольно прохладно отнеслось к этой новости, усомнившись в надежности процедуры обработки данных.
Разумеется, не только гейдельбергско-московская группа искала сигналы безнейтринного двойного бета-распада. Французский эксперимент NEMO 3, начавший сбор статистики в феврале 2003 года, также охотится за «распадом-призраком» изотопов молибдена-100 и селена-82. В свежей статье R. Arnold et al., Physical Review Letters, 95, 182302 (25 October 2005) (статьи группы можно найти на сайте эксперимента) сообщаются результаты, полученные в ходе первой полуторалетней фазы этого эксперимента. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что двойного безнейтринного бета-распада пока не обнаружено.
В статье приводится подробное описание статистики двухэлектронных распадов. Энергетическое распределение пары электронов говорит о том, что всегда какую-то долю энергии уносят нейтрино (которые, в силу их исключительной неуловимости, не регистрируются детектором). В ходе эксперимента получены очень точные значения периода полураспада ядер за счет реакции с испусканием нейтрино — и никакого намека на безнейтринные процессы. Это уже позволяет получить ограничение на массу нейтрино: не более 3-4 эВ.
Авторы сообщают, что эксперимент будет длиться еще несколько лет. В течение первого года работы им мешала остаточная радиоактивность газа радона, попавшего в камеру из атмосферы, однако сейчас этот фон удалось устранить. Ожидаемое улучшение точности позволит экспериментаторам проверить заявления гейдельбергско-московская группы.
Игорь Иванов
