В новом исследовании участники эксперимента AMoRE (Advanced Mo-based Rare Process Experiment) представили результаты поиска безнейтринного двойного бета-распада — редкого ядерного процесса, обнаружение которого подтвердило бы, что нейтрино являются майорановскими частицами, то есть совпадают со своими античастицами. Это открытие могло бы пролить свет на асимметрию между материей и антиматерией во Вселенной.

Основываясь на гипотезе, предложенной Этторе Майораной в 1937 году, учёные предполагают, что если нейтрино и антинейтрино идентичны, то двойной бета-распад может происходить без излучения нейтрино. Наблюдение такого процесса позволило бы не только доказать майорановскую природу нейтрино, но и оценить их массу, остающуюся загадкой в рамках Стандартной модели. Коллаборация AMoRE сосредоточилась на изотопе молибден-100 (242Mo), который обладает одним из самых высоких теоретических потенциалов для наблюдения.

Зал установки эксперимента AMoRE в Йемилабе. Фото: Agrawal et al.

Для эксперимента исследователи использовали обогащённые кристаллы молибдата. При взаимодействии частиц кристаллы генерируют тепловые и световые сигналы, которые фиксируются охлаждёнными детекторами. Установка располагалась на глубине 700 метров в подземной лаборатории Янъян (Корея), что минимизировало влияние космического излучения на фон.

«Нейтрино — одна из самых загадочных элементарных частиц. Она была предсказана Вольфгангом Паули почти сто лет назад, но её свойства, включая массу, до сих пор не вписываются в Стандартную модель», — отметил Ёмин О, ведущий автор исследования.

В ходе фазы AMoRE-I ученые использовали несколько килограммов обогащённого молибдена-100, однако зафиксировать сигнал безнейтринного двойного бета-распада не удалось. Тем не менее, отсутствие фоновых помех позволило установить новый рекордный предел для периода полураспада изотопа — более 3.2×1024 лет. Эти данные сужают диапазон возможных значений массы нейтрино до 0,44–0,81 эВ, что согласуется с результатами других экспериментов, таких как KamLAND-Zen и EXO-200.

Коллаборация уже готовится к следующему этапу, AMoRE-II, который стартует в 2026 году в новой лаборатории Yemilab, расположенной на глубине 1000 метров. «Главная задача — использовать 100 кг молибденовых кристаллов в сверхнизкотемпературной системе с минимальным фоном. Это обеспечит беспрецедентную чувствительность для поиска», — пояснил Ёмин.

Переход к более массивным детекторам и улучшенной экранировке в Yemilab повысит шансы на обнаружение процесса, что, в случае успеха, станет прорывом в физике элементарных частиц. Однако даже отрицательные результаты AMoRE-II будут ценны, так как помогут скорректировать теоретические модели и определить приоритеты для следующих экспериментов.

Подробнее на iXBT