Исследователи из Токийского университета (東京大学) в сотрудничестве с испанским физиком проанализировали с помощью одного из самых мощных компьютеров в мире распад изотопа кальций-48, время жизни которого составляет триллионы лет и зависит от неизвестной массы нейтрино. Результаты работы облегчат обнаружение распада этого изотопа в подземных лабораториях.
Нейтрино открыли больше 60-ти лет назад, однако, учёным ещё предстоит установить его массу (известен только верхний предел, около 3,6∙10−36 кг) и понять, являются ли нейтрино и антинейтрино одной и той же частицей. Ответ на первый вопрос может предложить эксперимент с так называемым безнейтринным двойным бета-распадом. В процессе такого распада в материнском ядре два нейтрона превращаются в два протона и испускаются два электрона. Один из примеров — распад кальция-48 (редкого изотопа кальция с 20 протонами и 28 нейтронами) в титан-48. Именно этот процесс проанализировали и смоделировали учёные из Токийского университета. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
«Период полураспада этого изотопа зависит от двух факторов: массы нейтрино (которые участвуют в процессе, даже несмотря на то, что не испускаются) и характеристик материнского и дочернего ядер, — говорит Хавьер Менендес (Javier Menéndez). — Это значит, что, наблюдая распад в одной из подземных лабораторий и зная свойства ядер, можно будет вычислить массу нейтрино». «Результаты наших исследований позволяют предположить, что период полураспада кальция-48 примерно в два раза меньше, чем считалось ранее (2∙1025 лет, а не 4∙1025 лет). Это увеличивает наши шансы его наблюдать», — добавляет физик.
Как бы то ни было, это крайне редкий и медленный распад. Он занимает триллионы лет и зарегистрировать его очень сложно. Научные группы, работающие с кальцием-48, надеются наблюдать его распад в подземных лабораториях, вдали от любого внешнего шума. Среди подобных экспериментов — CANDLES в японской нейтринной обсерватории Камиока и NEMO III (Neutrino Ettore Majorana Observatory) в туннеле Фрежюс во Франции.
После окончания работы с кальцием-48, учёные приступили к вычислениям нейтринного двойного бета-распада германия-76, селена-82 и ксенона-136. Последний изучает NEXT, испанский проект Института корпускулярной физики (исп. Instituto de Física Corpuscular, IFIC) Университета Валенсии. Его цель — продемонстрировать, что нейтрино является своей собственной античастицей.
«Наиболее интересно было бы подтвердить, что нейтрино не испускаются в процессе двойного бета-распада. В соответствии с физическими принципами, это означало бы, что нейтрино и антинейтрино — одна и та же частица; это было бы великое открытие, Нобелевская премия, — подчёркивает Менендес. — Если бы это случилось, мы могли бы сказать, что нейтрино — майорановская частица, поскольку они были бы одновременно частицами и античастицами. Это свойство предсказал итальянский физик Этторе Майорана в тридцатых годах двадцатого века».
