In den letzten Jahren haben einige große Physikexperimente weltweit versucht, Hinweise auf einen Kernprozess zu sammeln, der als Neutrinoless -Doppel -Beta -Zerfall (0νββ) bekannt ist. Dies ist ein seltener Prozess, der den gleichzeitigen Zerfall von zwei Neutronen in einem Kern in zwei Protonen beinhaltet, ohne dass die Emission von Neutrinos führt, was stattdessen mit dem Standard -Doppel -Beta -Zerfall verbunden ist.
Die Beobachtung des Neutrinoless -Doppel -Beta -Zerfalls könnte wichtige Auswirkungen auf die Untersuchung von Materie und Antimaterie haben. Tatsächlich würde es bestätigen, dass Neutrinos und ihre Antipartikel (dh Antineutrinos) tatsächlich gleich sind, eine Hypothese, die 1937 erstmals vom theoretischen Physiker Ettore Majorana eingeführt wurde.
Die AMORE (Advanced MO-basierte Rare Process Experiment) Collaboration, ein großes internationales Forschungsteam, suchte nach neutrinolessem Doppel-Beta-Zerfall unter Verwendung von Molybdate-Szintillationskristallen, die bei Milli-Kelvin-Temperaturen operieren.
In einem Papier veröffentlicht In Physische ÜberprüfungsbriefeDie Forscher veröffentlichten die Ergebnisse ihrer jüngsten Suche und setzten neue Einschränkungen, die zukünftige Bemühungen zur Beobachtung dieses seltenen nuklearen Prozesses leiten könnten.
„Der Neutrino ist eines der Elementarpartikel im Standardmodell. Es wurde vor etwa hundert Jahren von Wolfgang Pauli ‚erfunden‘ und entdeckte ein paar Jahrzehnte später“, sagte Yoomin Oh, entsprechender Autor der Zeitung, gegenüber Phys.org.
„Es ist das am häufigsten vorkommende Teilchen im Universum, aber viele seiner Eigenschaften, einschließlich seiner Masse, sind immer noch gehüllt und vom Standardmodell nicht gut erklärt.“
Das Hauptziel des Amore -Experiments ist es, die Masse der Neutrinos zu messen und wichtige Forschungsfragen bezüglich der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie zu beantworten.
Um dies zu erreichen, versuchte die Amore-Zusammenarbeit, den Doppel-Beta-Zerfall von Neutrinoless unter Verwendung von Molybdän-100 (100MO), einem radioaktiven Isotop von Molybdän mit einer Atomzahl von 42 und einer Massenzahl von 100 zu beobachten.
„Wenn der Neutrino und sein Antipartikel (Antineutrino) gleich sind, wie es Majorana zuerst vorgeschlagen hat, könnte der Zerfallsprozess ohne Ausgabe von Neutrinos auftreten“, erklärte YoNin.
„Da die Wahrscheinlichkeit eines solchen Zerfalls sehr niedrig ist, muss man im Grunde genommen viele der verfallenen Isotope vorbereiten und darauf warten, dass das Zerfallssignal in einer geringen Hintergrundumgebung erkannt wird. So werden die meisten Doppel -Beta -Zerfallsmessungen erfasst, einschließlich derer, die wir als Teil des Amore -Experiments sammeln.“
Um seine jüngste Suche nach Neutrinoless -Doppel -Beta -Zerfall durchzuführen, erstellte die Amore -Zusammenarbeit mehrere kg Molybdän, die in 100 -Monate angereichert sind, in Form von Szintillationskristallen. Eine Partikelwechselwirkung in diesen Kristallen erzeugt ein Wärme- und Lichtsignal. Ein Niedertemperatur-Detektorsystem, das die Kristalle einkapselig machte, befand sich im Yangyang Underground Laboratory in Korea 700 Meter unterirdisch.
„Wir haben das Amore-I-Experiment mit der besten Empfindlichkeit aller Zeiten durchgeführt, um Neutrinoless-Doppel-Beta-Zerfall von Molybdän-100 zu beobachten, aber wir haben kein offensichtliches Signal gefunden“, sagte Yoomin. „Das reine Hintergrund-Ergebnis hat uns dazu veranlasst, die am stärksten verbesserte Grenze für das Zerfall-Halbleben von MO-100 festzulegen.“
Die neuen Grenzen, die die Amore -Kollaboration bei neutrinolessem Doppel -Beta -Zerfall festgelegt hat, könnten dazu beitragen, die zukünftige Suche nach diesem schwer fassbaren Prozess besser abzuzielen.
In der Amore -Zusammenarbeit plant die Durchführung weiterer Suchanfragen mit Erkennungssystemen in einem neu gebauten Labor in Korea mit dem Namen Yemilab, das 1000 m unterirdisch ist.
„Die nächste Phase von Amore, Amore-II, ist in Yemilab in Vorbereitung, um seine Daten in einem Jahr zu starten“, fügte YoMin hinzu.
„Es ist schwierig, etwa 100 kg Kristalldetektoren auf Molybdänbasis in einem großen Ultra-Temperaturdetektor zu verwenden und gleichzeitig einen sehr niedrigen Hintergrund zu erreichen. Dieses bevorstehende Experiment wird eine der empfindlichsten Suche nach Neutrinoless-Doppel-Beta-Zerfall in der Welt sein.“
Weitere Informationen:
A. Agrawal et al., Verbesserte Grenze für Neutrinoless-Doppel-Beta-Zerfall von 100 Monate von Amore-I, Physische Überprüfungsbriefe (2025). Doi: 10.1103/PhysRevlett.134.082501. An Arxiv: Doi: 10.48550/arxiv.2407.05618
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