Международная команда ученых проанализировала данные, собранные за две тонны лет (эквивалент сбора данных за два года, если бы кристаллы кубической формы в детекторе весили одну тонну), и уточнила границы возможного существования двойного безнейтринного бета-распада. Согласно результатам, если безнейтринный распад действительно происходит, то его частота не превышает одного случая на 50 септиллионов лет — то есть один раз в триллион триллионов лет. Работа опубликована в журнале Science.
Глубоко под горой Гран-Сассо в Центральной Италии физики продолжают один из самых загадочных экспериментов современной науки. Проект CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), в котором участвуют исследователи Йельского университета и десятков научных центров мира, направлен на поиск редчайшего ядерного процесса — безнейтринного двойного бета-распада. Его открытие может изменить фундаментальные представления о строении материи.
В обычном двойном бета-распаде два нейтрона превращаются в два протона, испуская два электрона и два антинейтрино. Но если процесс происходит без антинейтрино, это означает, что нейтрино и антинейтрино — одно и то же, то есть нейтрино является собственной античастицей. Такой тип частиц известен как частицы Майораны.
Чтобы уловить столь редкое событие, ученые ведут наблюдения в экстремально чистых условиях: детектор расположен почти под километром горных пород и защищен от радиации свинцом, извлеченным из двухтысячелетнего римского кораблекрушения.
Однако даже на такой глубине эксперименты сталкиваются с фоновыми колебаниями — от звуков человеческих голосов до землетрясений и прибоя на итальянском побережье. Поэтому команда разработала специальный алгоритм шумоподавления, аналогичный принципу «шумоподавляющих наушников», только в масштабах целой лаборатории.
«Мы сосредоточились на изучении внешних вибраций и научились математически вычитать их из данных, чтобы улучшить поиск этого невероятно редкого распада», — объяснил профессор Йельского университета Рэйна Маруяма.
Ученые установили более двух десятков сенсоров, измеряющих температуру, звук, вибрации и электромагнитные помехи, и с их помощью обучили систему отличать реальный сигнал от «шума».
«Если нам удастся зафиксировать безнейтринный двойной бета-распад, это станет прямым доказательством того, что нейтрино — частица Майораны, — отметил профессор Йеля Карстен Хигер. — Такое открытие объяснило бы, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, и стало бы первым подтверждением физики за пределами Стандартной модели».
Ученые уверены: даже если за годы работы CUORE не удастся поймать сигнал, каждое новое измерение приближает их к разгадке одной из главных тайн мироздания — природы нейтрино.