Obserwatorium Neutrino Ettore Majorana
Obserwatorium Neutrino Ettore Majorana ( ( eksperyment NEMO ) to międzynarodowa współpraca naukowców poszukujących bezneutrinowego podwójnego rozpadu beta 0νββ). Współpraca trwa od 1989 roku. Obserwacja 0νββ wskazywałaby, że neutrina są cząstkami Majorany i mogą być wykorzystane do pomiaru masy neutrin. Znajduje się w podziemnym laboratorium Modane (LSM) w tunelu drogowym Fréjus . Eksperyment ma (od 2018 r.) 3 detektory, NEMO-1, NEMO-2, NEMO-3 (oraz moduł demonstracyjny detektora SuperNEMO) i planuje (od 2018 r.) Zbudowanie nowego detektora SuperNEMO. Prototypowe detektory NEMO-1 i NEMO-2 były używane do 1997 r. Ostatni eksperyment NEMO-3 był projektowany i budowany od 1994 r., zbierał dane od stycznia 2003 r. do stycznia 2011 r., a ostateczna analiza danych została opublikowana w 2018 r. NEMO- Detektory 2 i NEMO-3 wykonały pomiary podwójnych rozpadów neutrin i granic dla bezneutrinowego podwójnego rozpadu beta dla wielu pierwiastków, takich jak molibden-100 i selen-82. Te podwójne czasy rozpadu beta są ważnym wkładem w zrozumienie jądro i są potrzebne do badań rozpadu bez neutrin, które ograniczają masę neutrin.
Współpraca NEMO pozostaje aktywna i konstruuje ulepszony detektor SuperNEMO. Planowanie SuperNEMO i uruchomienie modułu demonstracyjnego SuperNEMO trwa od 2019 roku.
Eksperyment
Inne eksperymenty 0νββ wykorzystują ten sam materiał jako źródło podwójnych rozpadów beta i detektor. Pozwala to na wykorzystanie dużej masy materiału źródłowego, a tym samym maksymalizuje czułość eksperymentu, ale ogranicza jego elastyczność. NEMO stosuje inne podejście, wykorzystując cienkie folie materiału źródłowego otoczone osobnym kalorymetrem śledzącym .
Pozwala to na wykorzystanie dowolnego materiału źródłowego, z którego można uformować cienką folię. Ponadto, ponieważ jego śledzenie jest dokładniejsze, może niezawodnie wykrywać, czy dwa elektrony pochodzą z tego samego miejsca, zmniejszając w ten sposób fałszywe wykrywanie podwójnych rozpadów beta.
Eksperyment ma cylindryczny kształt z 20 sektorami zawierającymi różne izotopy w postaci cienkich folii o łącznej powierzchni około 20 m 2 . Głównymi izotopami używanymi do poszukiwania podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta jest około 7 kg wzbogaconego molibdenu-100 i około 1 kg selenu-82 . Eksperyment zawiera również mniejsze ilości folii kadmu-116 , neodymu-150 , cyrkonu-96 i wapnia-48 . Tellur i miedź folie służą do pomiarów tła.
Detektor śledzący po obu stronach folii wykrywa elektrony i pozytony z podwójnego rozpadu beta. Identyfikuje się je na podstawie ich krzywizny w polu magnetycznym, a energię cząstek mierzy się w kalorymetrze. W 0νββ suma energii elektronu i pozytonu będzie ( wartość Q ) uwalnianą w podwójnym rozpadzie beta. W przypadku standardowego podwójnego rozpadu beta neutrina, których nie można zaobserwować bezpośrednio, zmniejszają wykrywaną energię.
Wyniki
W ciągu 5 lat zbierania danych nie zaobserwowano podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta (0νββ) i ustalono limity dla kilku izotopów.
NEMO-2 zgłosił limity 0νββ dla modeli Majoron 100 Mo, 116 Cd, 82 Se i 96 Zr.
NEMO-3 podał precyzyjne okresy półtrwania 2νββ dla swoich 7 izotopów i granice 0νββ dla 96 Zr, 48 Ca, 150 Nd w Neutrino08.
NEMO-3 zgłosił limity 2νββ i więcej 0νββ w SUSY08.
W 2014 r. NEMO-3 zgłosiło, że poszukiwanie 47 kg⋅y 0νββ molibdenu-100 dało T 1/2 > 1,1 × 10 24 lat . Można to przełożyć na górną granicę efektywnej masy neutrin: m v < 0,3–0,9 eV , w zależności od modelu jądrowego.
Pomiary okresu półtrwania NEMO 2νββ
| Nuklid | Okres półtrwania, lata |
|---|---|
| 48 Ok |
4,4 +0,5 −0,4 ± 0,4 × 10 19 |
| 82 se | 9,6 ± 0,3 ± 1,0 × 10 19 |
| 96 Zr | 2,35 ± 0,14 ± 0,16 × 10 19 |
| 116 Cd | 2,8 ± 0,1 ± 0,3 × 10 19 |
| 130 Te | 7,0 ± 0,9 (stat) ± 1,1 (syst.) ×10 20 |
| 150 Nd |
9,11 +0,25 −0,22 ± 0,63 ×10 18 |
| 100 mies | 7,11 ± 0,02 (stat) ± 0,54 (syst.) × 10 18 |
NEMO Najwyższe dolne granice rozpadu 0νββ
| Izotop | T 1/2 (rok) | Granica masy neutrin (eV) |
|---|---|---|
| 82 se | 2,1×10 23 | |
| 100 mies | 1,1×10 24 | 0,9 |
| 116 Cd | 1,6×10 22 | |
| 96 Zr | 8,6×10 21 | 20.1 |
| 150 Nd | 1,8×10 22 | 6.3 |
| 48 Ok | 1,3×10 22 | 29,7 |
Rozpad 96 Zr jest szczególnie istotny ze względu na jego wysokie Q i zastosowanie w poszukiwaniu zależności stałych fizycznych od czasu. Pomiary geochemiczne ZrSiO 4 pozwalają na porównanie jego historycznych i obecnych wskaźników poprzez wydobycie wypadkowej 96 Mo.
Ostateczne wyniki NEMO-3 zostały opublikowane w 2018 roku.
SuperNEMO
Trwają prace nad eksperymentem nowej generacji, SuperNEMO. Opiera się na technologii używanej w eksperymencie NEMO-3, ale będzie ponad dziesięciokrotnie większy. Detektor SuperNEMO będzie się składał z 20 modułów, z których każdy będzie zawierał około 5 kg wzbogaconego podwójnego izotopu emitującego rozpad beta w postaci cienkiej folii. Trwa instalacja pierwszego modułu (wykorzystującego selen-82) w LSM, a zbieranie danych spodziewane jest w drugiej połowie 2015 r. Od 2019 r. uruchomiono demonstracyjny moduł SuperNEMO (w zasadzie jeden z 20 modułów cały SuperNEMO) jest w toku, a współpraca nadal planuje budowę całego 20-modułowego detektora SuperNEMO.