 Логотип проєкту CUPID-Mo |
Науковці Інституту ядерних досліджень (ІЯД) НАН України беруть участь у великому міжнародному експерименті CUPID-Mo, метою якого є дослідження властивостей нейтрино та слабкої взаємодії в подвійному бета-розпаді ядра молібдену-100.
Як утворився наш Всесвіт? Із чого він складається? Які базові принципи лежать в його основі? Ці проблеми – серед найважливіших для сучасної науки. Як не дивно, шлях до розуміння нескінченно великого Всесвіту пролягає крізь дослідження нескінченно малого світу елементарних частинок. Зараз, після спостереження маси нейтрино (за що було присуджено Нобелівську премію в галузі фізики 2015 року), зрозуміло, що саме дослідження нейтрино здатні відкрити щось по-справжньому нове, вказати напрям побудови нової теорії елементарних частинок і взаємодій.
Саме на дослідження властивостей нейтрино спрямовано міжнародний експеримент CUPID-Mo, до виконання якого залучені й учені ІЯД НАН України. Метою цього проєкту є пошук безнейтринного подвійного бета-розпаду – як очікується, надзвичайно рідкісного ядерного процесу, забороненого в рамках Стандартної моделі елементарних частинок, але передбаченого багатьма новими фізичними теоріями. Дослідження цього розпаду здатні відповісти на кілька фундаментальних питань: якою є маса та схема масових станів нейтрино? Чи виконується закон збереження лептонного числа? Нейтрино є частинкою Дірака (нейтрино відрізняється від антинейтрино) чи Майорани (нейтрино і антинейтрино тотожні)? Спостереження цього розпаду свідчитиме про те, що нейтрино є частинкою Майорани і фактично буде відкриттям нового типу матерії. До того ж, нейтрино Майорани здатне пояснити одну з ключових проблем космології, а саме – чому на початку утворення Всесвіту кількість матерії перевищувала кількість антиматерії. Саме з цієї, однієї мільярдної частки баріонної матерії і складається сьогодні весь видимий Всесвіт.
Експеримент CUPID-Mo проводиться на глибині понад 2 км – у підземній лабораторії Модан (Франція) – для захисту надчутливої апаратури від космічних променів. Процес розпаду вчені сподіваються зареєструвати за допомогою двадцяти кристалів молібдату літію, охолоджених до температури всього на кілька сотих градуса вище абсолютного нуля та збагачених ізотопом молібдену-100 (нагадаємо, саме вчені Інституту ядерних досліджень НАН України ще 2010 року
запропонували застосувати ці кристали для пошуку подвійного бета-розпаду ядер молібдену-100). Молібден-100 є одним із найперспективніших об’єктів для досліджень подвійного бета-розпаду, тому в світі було виконано чимало експериментів із цим ядром, але CUPID-Mo за своєю чутливістю впевнено вийшов у цьому нелегкому змаганні на перше місце. Після року вимірювань жодної події розпаду не спостережено (а поки що такий розпад не спостережено в жодному з численних експериментів), завдяки чому з’ясовано, що період напіврозпаду ядра молібдену-100 перевищує 1,4х10
24 (тобто у сто трильйонів разів більший за вік Всесвіту!). Звідси випливає, що маса нейтрино менша за 0.3-0.5 еВ, тобто нейтрино щонайменше в мільйон разів легше за електрон.
 Кристали молібдату літію зі збагаченого ізотопу молібдену-100, змонтовані у тримачах із надчистої міді |
 Монтаж детекторів виконала Анастасія Золотарьова.Захистивши магістерський диплом в ІЯД НАН України, Анастасія захистила дисертацію у Франції і зараз отримала позицію дослідника у постдокторантурі Лабораторії фізики двох нескінченностей Ірен Жоліо-Кюрі Національного центру наукових досліджень Франції |
 Працювати Анастасії довелося в умовах надчистої кімнати, щоб запобігти потраплянню найменших часточок пилу, що перешкоджало б роботі надчутливої апаратури |
 Детектори з кристалами молібдату літію, змонтовані у наднизькофоновому кріостаті в підземній лабораторії Модан у Франції.Для нормальної роботи кристали необхідно охолодити до температури близько двох сотих градуса вище абсолютного нуля, оточити товстим шаром захисту і розмістити глибоко під Землею |
Експеримент підготувала та здійснила велика міжнародна
колаборація вчених з 27-ми інститутів та університетів Франції, США, України, Росії, Італії, Китаю та Німеччини. Внесок українських науковців, крім власне ідеї застосування кристалів молібдату літію, полягає в аналізі даних і моделюванні відгуку детекторів методом Монте-Карло.
 Монтаж установки з детекторами у підземній лабораторії Модан здійснює старший науковий співробітник ІЯД НАН України Денис Пода(у грудні 2019 року Денис став інженером-дослідником Лабораторії фізики двох нескінченностей Ірен Жоліо-Кюрі Національного центру наукових досліджень Франції) |
Експеримент CUPID-Mo практично завершено, його результати доповідалися (зокрема, й одним з українських учасників проєкту) на міжнародній конференції «Нейтрино 2020». Але CUPID-Mo – це лише проміжний крок у розробленні великомасштабного проєкту CUPID (також за участі вчених ІЯД НАН України), в якому планується збільшити масу досліджуваного ізотопу майже у сто разів – із метою спостереження ефекту у випадку, якщо нейтрино є частинкою Майорани з масою кілька сотих електрон-вольта.
P.S. Додатково:
За інформацією ІЯД НАН України