Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego badają naturę neutrina
Celem eksperymentu GERDA jest badanie natury neutrina i próba wyznaczenia jego masy efektywnej. Wykorzystywana do tego jest jedna z najbardziej czułych metod, jaką jest obserwacja podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta (0νββ). GERDA jest projektem europejskim, zrzeszającym naukowców z 16 instytutów badawczych i uniwersytetów z Niemiec, Włoch, Rosji, Polski, Szwajcarii i Belgii.
Grupa z Instytutu Fizyki UJ jest jedyną grupą z Polski, biorącą udział w eksperymencie. Ewolucja projektu, wymuszona poprzez konieczność poprawy czułości detektora w jego kolejnych fazach realizacji, wymaga zawsze redukcji tła, w czym specjalizuje się grupa z IF UJ.
W ostatnim numerze czasopisma naukowego Science, opublikowany został artykuł zespołu GERDA pt. „Probing Majorana neutrinos with double-β decay” zawierający wyniki dotychczasowych poszukiwań podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta izotopu 76Ge. Są one prowadzone w podziemnym laboratorium w Gran Sasso we Włoszech. Członkami tego międzynarodowego zespołu, z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego, są: prof. Marcin Wójcik, dr Marcin Misiaszek, dr Krzysztof Pelczar oraz dr hab. Grzegorz Zuzel.
We wspomnianym artykule podano dotychczasowe wyniki badań, których celem jest udzielenie odpowiedzi na najbardziej podstawowe pytania współczesnej fizyki: czy neutrina są swoimi własnymi antycząstkami? Jaka jest bezwzględna skala mas neutrin? Czy w oparciu o poznawane własności neutrin możemy wyjaśnić asymetrię pomiędzy materią i antymaterią we Wszechświecie? Wiele rozszerzeń Modelu Standardowego cząstek czyni neutrina, zakładając że są one swoimi antycząstkami, odpowiedzialnymi za dominację materii nad antymaterią. To oznaczałoby także, iż powinien istnieć bardzo rzadki rozpad promieniotwórczy, łamiący zasadę zachowania liczby leptonowej, w którym dwa neutrony zamieniane są w jądrze na dwa protony bez emisji neutrin.
Możliwości rejestracji podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta ograniczane są obecnością naturalnej promieniotwórczości (stanowiącej tzw. tło), która może imitować poszukiwany sygnał. W eksperymencie GERDA udało się nam osiągnąć niezwykle niski poziom tła poprzez zastosowanie osłon z ultra radio-czystej wody oraz ciekłego argonu (osłona pasywna i aktywna). Ponadto, zastosowano wyrafinowane software-owe metody identyfikacji oraz eliminacji resztkowego tła (opracowane przez grupę z IF UJ). Dzięki temu GERDA jest pierwszym eksperymentem, w którym możliwy stał się pomiar czasu połowicznego zaniku podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta dłuższego niż 1026 lat. Jest to okres o 16 rzędów wielkości dłuższy niż wiek Wszechświata. Dla takiego czasu połówkowego, w jednym kilogramie 76Ge zachodziłby najwyżej jeden rozpad w ciągu 18 lat. Biorąc pod uwagę standardową interpretację podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta, czas połowicznego zaniku może być powiązany z tzw. masą efektywną (Majorany) neutrina. W przypadku GERDY możemy wyznaczyć górną granicę na tę wielkość na poziomie 0.07 – 0.16 eV/c2.
Badania prowadzone przez naukowców z UJ finansowane są przez Narodowe Centrum Nauki (w ramach programów HARMONIA, SONATA-BIS, OPUS) oraz przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej (program TEAM).
Komentarze (0)