Нейтрино является фундаментальной
нейтральной частицей, участвующей лишь в слабом и гравитационном
взаимодействии. При этом она чрезвычайно юркая: ежесекундно каждый
квадратный сантиметр поверхности Земли бомбардирует около 60 миллиардов
солнечных нейтрино. И да, через тело каждого обитателя нашей планеты
тоже ежесекундно проходят десятки миллиардов этих частиц.
Существует правда и другой, очень редкий
тип бета-распада — двойной. При этом два нейтрона одновременно
конвертируются в два протона и выделяется по паре электронов и
антинейтрино. В какой-то момент, теоретики предсказали ещё одно явление:
так называемый безнейтринный двойной бета-распад. Ясно из названия:
процесс точно такой же, как при обычном двойном бета-распаде, но без
выделения антинейтрино.
На практике можно искусственно запустить
ядерную реакцию, очень похожую на бета-распад: вместо того, чтобы
испустить антинейтрино, нейтрон поглотит нейтрино и конвертируется в
пару протон-электрон. В таком случае безнейтринный двойной бета-распад
будет объединением обычного бета-распада и этой искусственно запущенной
реакции, если выпущенное антинейтрино при обычном бета-распаде
поглотится нейтроном точно также, как и нейтрино из запущенной реакции.
Судя по одинаковому поведению и свойству
частиц, физики предположили, что нейтрино должно являться само себе
античастицей. Если же это правда, то оно станет единственной в мире
частицей материи, являющейся веществом и антивеществом одновременно.
Такими же свойствами обладает и фотон, однако он не является материей.
В 2001 году прославившийся физик-ядерщик Ханс Фолькер Клапдор-Кляйнгротаус (Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus) и его сотрудники из Института ядерной физики общества Макса Планка (Max Planck Institute for Nuclear Physics) заявили, что стали свидетелями вышеописанной ядерной реакции. Они проводили эксперимент под названием "Heidelberg-Moscow"
в лаборатории Гран-Сассо, в ходе которого работали с 11,5 килограммами
германия изотопа 76. Это один из очень немногих типов ядер с необходимым
для бета-распада количеством протонов и нейтронов.
Учёные наблюдали за материалом на
протяжении 13 лет и в конце концов заявили, что увидели косвенные
признаки того, что произошёл распад. В научном мире эта новость вызвала
возмущение: физики говорили, что команда Клапдора-Кляйнгротауса сделала
недостаточно для того, чтобы исключить вероятность обычного
радиоактивного распада.
Второй эксперимент был проведён для того,
чтобы проверить сенсационное утверждение Клапдора-Кляйнгротауса и его
коллег. Команда ведущих специалистов в области ядерной физики из 19
исследовательских институтов и университетов со всего мира построила
18-килограммовый германиевый детектор — GERDA. Эта часть эксперимента
длилась намного меньше — с ноября 2011 по май 2013 года. При этом за
точностью данных пристально следили. Во-первых, детектор поместили под
землёй, чтобы посторонние частицы не попадали на него, а во-вторых
конструкция детектора позволяла исключить фоновые излучения, что сделало
его сверхчувствительным к редким типам ядерных распадов. Возможность
ошибки была практически исключена.
Наконец, достоверность данных, полученных
командой Клапдора-Кляйнгротауса, была опровергнута. На последнем
семинаре в Гран-Сассо Стефан Шёнерт (Stefan Schönert)
из Мюнхенского технического университета (Technische Universität
München) рассказал о результатах эксперимента с детектором GERDA. Он
объяснил, что команда физиков-экспериментаторов засекла энергию парных
электронов и зафиксировала три случая в диапазоне энергий, о которых
некоторое время назад говорил Клапдор-Кляйнгротаус. По словам Шёнерта,
эта энергия была результатом фоновых реакций, не имеющих отношения к
бета-распаду.
"Мы почти наверняка опровергли утверждения команды Клапдора-Кляйнгротауса", — заявил учёный.
Разумеется, это не означает, что
безнейтринный двойной бета-распад невозможен в принципе. Просто данные, о
которых рассказал Шёнерт, доказывают чрезвычайную редкость этого
явления, которое, возможно, людям ещё придётся увидеть. Тогда как
Клапдор-Кляйнгротаус утверждал, что период полураспада составляет 1.2x10
в 25 степени лет, Шёнерт доказал, что минимальный порог этого периода
составляет 2.1x10 в 25 степени лет. Это в миллионы миллиардов раз
больше, чем существует вся Вселенная.
Время ещё есть. Поэтому команда физиков,
работающая с детектором GERDA, не теряет надежды. В конце 2013 года
исследователи начнут собирать данные, полученные новыми блоками
детектора, состоящими из двойного числа германия-76. Вероятность
получения ложных данных будет ещё ниже, чем в последнем эксперименте, и
если что-то похожее на редкий распад проявится, учёные этого не
пропустят.
Также по теме:
Новый эксперимент опроверг, что частицы нейтрино движутся быстрее скорости света
С помощью нейтрино люди смогут послать сигнал в прошлое
Получены новые данные о соотношении масс нейтрино и антинейтрино
Распад частиц на Большом адронном коллайдере намекнул на новую физику
Эксперимент на Большом адронном коллайдере опроверг современную теорию мироздания
|