Эксперимент AMoRE продвинул науку в понимании нейтрино и асимметрии материи

Исследования в рамках эксперимента AMoRE (Advanced Mo-based Rare Process Experiment) дали новые результаты в поиске безнейтринного двойного бета-распада – редчайшего ядерного процесса, который может подтвердить гипотезу о том, что нейтрино являются майорановскими частицами, то есть идентичны своим античастицам. Подобное открытие может значительно продвинуть наше понимание асимметрии между материей и антиматерией во Вселенной.

Следуя концепции, предложенной Этторе Майораной еще в 1937 году, ученые предполагают, что если нейтрино и антинейтрино идентичны, двойной бета-распад может происходить без выпущения нейтрино. Наблюдение данного процесса не только подтвердило бы майорановскую природу нейтрино, но и помогло бы в определении их массы, которая остается загадкой в рамках Стандартной модели. Коллаборация AMoRE сфокусировалась на изотопе молибден-100 (²⁴²Mo), который имеет наибольшие теоретические шансы на успешное наблюдение подобного явления.

Для проведения эксперимента были использованы обогащенные кристаллы молибдата, которые во взаимодействии с частицами генерируют тепловые и световые сигналы, фиксируемые охлажденными детекторами. Лаборатория находилась на глубине 700 метров в подземном комплексе Янъян (Корея), что способствовало снижению влияния космического излучения на фоновый сигнал.

«Нейтрино — одна из самых загадочных элементарных частиц, впервые теоретически предсказанная Вольфгангом Паули почти век назад. Однако её свойства, включая массу, до сих пор остаются непостижимыми для Стандартной модели», — отметил Ёмин О, ведущий автор данного исследования.

В рамках фазы AMoRE-I исследователи применили несколько килограммов обогащённого молибдена-100, но не смогли зарегистрировать сигнал безнейтринного двойного бета-распада. Тем не менее, отсутствие шумовых помех позволило достичь нового рекордного значения для периода полураспада изотопа — более 3.2×10²⁴ лет. Эти данные сужают возможные значения массы нейтрино до 0,44–0,81 эВ, что соотносится с результатами таких экспериментов, как KamLAND-Zen и EXO-200.

Коллаборация готовится к следующему этапу, AMoRE-II, который начнётся в 2026 году в новой лаборатории Yemilab на глубине 1000 метров. «Основная цель — использовать 100 кг молибденовых кристаллов в сверхнизкотемпературной системе с минимизацией фона для достижения беспрецедентной чувствительности к искомому процессу», — пояснил Ёмин.

Переход к более крупным детекторам и улучшенной экранировке в Yemilab увеличит вероятность обнаружения процесса, который, в случае успеха, станет ключевым достижением в физике элементарных частиц. В то же время даже отрицательные результаты AMoRE-II будут иметь значение, так как помогут в корректировке теоретических моделей и в определении приоритетов для будущих исследований.

Источник: iXBT