ТАСС, 6 апреля. Научный коллектив эксперимента CUORE выяснил, что самый редкий тип распада атомов теллура-130, в ходе которого два нейтрона превращаются в протоны, происходит не чаще одного раза за 22 септиллиона лет, что в триллионы раз больше возраста Вселенной. Замеры ученых были опубликованы в статье в журнале Nature.
"Мы провели одни из самых продолжительных, "холодных" и масштабных поисков безнейтринных двойных бета-распадов. Наши замеры указали на то, что атомы теллура-130 распадаются подобным образом не чаще одного раза за 22 септиллиона лет. Это накладывает жесткие ограничения на массу всех типов нейтрино в том случае, если эти частицы являются своей собственной античастицей", - пишут ученые.
Нейтрино и антинейтрино представляют собой легчайшие частицы материи, на чью долю, предположительно, приходится значимая доля видимой материи Вселенной. Долгое время теоретики считали, что эти частицы не обладают собственной массой, однако открытие так называемых нейтринных осцилляций, спонтанных превращений одних типов частиц в другие варианты нейтрино, указало на их ненулевую массу.
Обнаружение нейтринных осцилляций натолкнуло физиков на мысль, что некоторые изотопы, к примеру теллур-130 или молибден-100, могут в крайне редких случаях распадаться особым образом, не выделяя нейтрино при двойном бета-распаде, спонтанном превращении двух нейтронов в два протона. Как указывают расчеты теоретиков, такие распады происходят очень редко, на временных масштабах, сопоставимых со временем жизни Вселенной.
Несмотря на это, ученые активно пытаются найти следы подобных ядерных реакций, так как их открытые однозначно укажет на существование "новой физики" в поведении нейтрино и раскроет возможную причину того, почему антиматерии почти нет во Вселенной. Одни из самых масштабных наблюдений подобного рода ведутся уже несколько лет при помощи детектора CUORE.
Поиски редчайших распадов
Данный научный прибор представляет собой гигантский чан, установленный на территории итальянской подземной лаборатории Гран-Сассо и охлажденный до температуры в 10 милликельвинов выше абсолютного нуля. Внутри него расположен набор датчиков и кристаллов из сверхчистого оксида теллура-130 общей массой в 742 кг, которые используются для улавливания вибраций, возникающих в кристаллах после распадов атомов этого долгоживущего изотопа.
Проект CUORE официально начал работу почти пять лет назад, в мае 2017 года, и с тех пор он непрерывно собирал научные данные и отслеживал все пролеты частиц через емкость детектора. Недавно участники коллаборации под руководством Карла Буччи, научного сотрудника Лаборатории Гран-Сассо (Италия), подвели первые итоги работы CUORE и попытались найти следы двойных безнейтринных бета-распадов в данных, собранных за первые годы работы установки.
Как оказалось, за пять лет CUORE не обнаружил ни одного намека на то, что хотя бы один атом теллура-130 превратился в ксенон-130 в результате безнейтринного двойного бета-распада. Это не стало неожиданностью для физиков, однако сам факт отсутствия подобных распадов помог им уточнить частоту их возникновения и наложить ограничения на массу нейтрино.
В соответствии с их расчетами, безнейтринные распады атомов теллура-130 происходят еще реже, чем считали ученые в прошлом, не чаще одного раза за 22 септиллиона лет (10 в 25 степени лет). Это, в свою очередь, указывает на то, что масса всех типов нейтрино не может превышать 0,3 электронвольта, что вполне укладывается в недавние замеры массы нейтрино российскими и зарубежными физиками из проекта KATRIN.
Последующие замеры и совершенствование компонентов CUORE, как надеются Буччи и его коллеги, помогут ученым наложить еще более строгие ограничения на массу нейтрино и период полураспада теллура-130. Кроме того, физики планируют провести аналогичные замеры с использованием кристаллов оксида молибдена-100, что резко повысит качество данных в результате почти полного избавления от помех, связанных с альфа-распадами частиц.
