DEMONSTRATOR от MAJORANA не увидел безнейтринного двойного бета-распада
Это означает, что майорановских нейтрино не существует в диапазоне параметров, к которым чувствителен детектор
Физики из коллаборации MAJORANA сообщили о результатах работы детектора DEMONSTRATOR, ищущего события безнейтринного двойного бета-распада. Такие события должны указывать на то, что нейтрино являются собственными античастицами. Отсутствие нужных событий в спектре электронов, которые измерял детектор, наложило новые ограничения на период полураспада и массу майорановских нейтрино. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Безнейтринный двойной бета-распад — это гипотетический процесс, происходящий с одним ядром, который сопровождается моментальной аннигиляцией двух рождающихся нейтрино. Его существование подтвердило бы гипотезу о том, что нейтрино — это майорановские частицы, то есть фермионы, которые сами себе античастицы. Пока похожими свойствами обладают лишь квазичастицы, в то время как поиску реальных майорановских фермионов среди нейтрино посвящено несколько детекторных экспериментов, например, GERDA, CUORE и KamLAND-Zen.
К их числу можно отнести и детектор DEMONSTRATOR, созданный коллаборацией MAJORANA, объединившей большое число американских физиков с коллегами из Германии, Канады, России и Японии. Этот эксперимент проходит в Сэнфордском подземном исследовательском центре в городе Лид, США, на глубине полутора километров.
Сам детектор состоит из германия высокой чистоты, обогащенного изотопами 76Ge, ядра которого испытывают двойной бета-распад. Важной особенностью установки стала защита от различного рода шумов и помех. Для этого физики окружали детектор медными и свинцовыми экранами, включали активные радоновые компенсаторы для вычитания мюонного фона, а также использовали низкофоновую входную электронику, кабели и разъемы, сконструированные специально для эксперимента.
Такая подготовка позволила ученым добиться высокой точности в поиске событий безнейтринного двойного бета-распада в электронном спектре, который, однако, не увенчался успехом. Поэтому физики наложили новые ограничения на период полураспада такого события — не менее 8,3×1025 года — и массу майорановского электронного нейтрино — не более 113–269 миллиэлектронвольт.
Полученные результаты в среднем согласуются с результатами других групп. В прошлом году мы сообщали аналогичные данные с CUORE: 2,2×1025 года и 90-305 миллиэлектронвольт. А совсем недавно новыми результатами поделились физики с KamLAND-Zen: 2,3×1026 года и 36-156 миллиэлектронвольт.
Как ищут редчайшие события в мире элементарных частиц
В прошлый раз мы рассказали про два примера сверхредких событий из жизни элементарных частиц: про необычные распады B-мезонов и еще более необычные распады мюонов. B-мезонами занимаются коллайдеры, и в частности, LHC, а необычные распады мюонов ищут в низкоэнергетических экспериментах, устроенных совсем по другому принципу. Но несмотря на разницу и самих элементарных частиц, и инструментов для их изучения, у обоих процессов есть важное сходство.