Группа низкофоновых измерений.
Заведующий группой А. В. Дербин, канд. физ.-мат. наук


Экспериментальный поиск явлений, выходящих за Стандартную модель.


1. Измерение и анализ формы - спектра с целью поиска вклада от массивного нейтрино.

   Вопрос о том, совпадают ли массовые и токовые состояния нейтрино, остается одним из наиболее актуальных в физике элементарных частиц. Наряду с интенсивным поиском осцилляций нейтрино на реакторах и ускорителях, и с солнечными и атмосферными нейтрино, анализ кинематики двух и трех частичных распадов с излучением нейтрино позволяет исследовать проблему смешивания нейтрино.

   В 1989-1991 г.г. в целом ряде работ было заявлено о существовании массового состояния нейтрино с = 16.8± 0.4 кэВ и углом смешивания |UeH|2=0.0085± 0.001. Для проверки нами был измерен -спектр 63Ni. Тонкий слой 63Ni наносился прямо на золотое покрытие Si(Li)-детектора, который соединялся вплотную со вторым, точно таким же детектором. В такой геометрии, при включении детекторов на антисовпадения, эффективно подавляется вклад электронов обратного рассеяния в низкоэнергетическую часть ответной функции детекторов, поэтому величина и форма “хвоста” функции разрешения в нашем эксперименте существенно отличалась от той, которая использовалась в работах, “наблюдавших” тяжелое нейтрино. Было получено, что угол смешивания |UeH|2<0.0015 (90% у.д.), что противоречило результатам работ, наблюдавших 17 кэВ нейтрино.

   В экспериментах по поиску массы нейтрино, испускаемого при -распаде трития, отрицательные значения могли бы быть объяснены наличием монохроматического пика слева от граничной энергии. Возможные нестандартные варианты объяснения возникновения этого пика, такие как связанное состояния нейтрино или существование нейтринного моря возбуждают экспериментальный интерес к поиску аналогичного эффекта для других ядер испытывающих -распад. В выполненной нами работе для обнаружения вышеуказанных эффектов анализировался спектр 45Са (Е0 = 256 кэВ ~ me/2). Методической особенностью данного эксперимента является то, что к источнику 45Са был добавлен изотоп 125mТе, что позволило надежно определить ответную функцию детектора. Ограничение на интенсивность пика с энергией, равной граничной энергии составило 1.3·10-7 распад-1. Измеренный спектр был также проанализирован с целью поиска тяжелого нейтрино. Для интервала масс нейтрино 75 - 100 кэВ получены новые ограничения на параметр смешивания (|UeH|2<0.005 для 90% у.д.).

2. Поиск двойного -распада на возбужденные уровни дочерних ядер

   Открытие в прямых экспериментах -распада с периодом Т1/2~1018 - 1021 лет для целого ряда ядер стимулировало расширение поиска, в том числе 2-распада на возбужденные уровни дочерних ядер. Полученные экспериментальные данные позволяют более точно оценить ядерные матричные элементы и вычислить верхний предел как для майорановской массы нейтрино, так и для других параметров -процесса. В нашей работе была предпринята попытка обнаружить двойной -распад у ядер 154Sm, 160Gd, 170Er и 176Yb, не изучавшихся ранее. Энергия первого возбужденного уровня 2+ у всех дочерних ядер лежит в пределах 80-120 кэВ, поэтому подавление вероятности 2-перехода на это уровень, связанное с уменьшением фазового объема, минимально. Для измерения энергии -квантов использовался коаксиальный HPGe -детектор, имеющий близкую к единице эффективность регистрации -квантов с энергией 80-120 кэВ и помещенный в специальный вакуумный криостат, конструкция которого позволяла уменьшить поглощение -квантов и обеспечить высокую геометрическую эффективность. Криостат располагался внутри низкофоновой установки. Уровень фона в районе 100 кэВ составлял 25 отсчетов/кэВ в сутки. Для каждого изотопа измерения проводились в течении месяца. В полученных спектрах пики с ожидаемыми энергиями отсутствуют и для получения предела на Т1/2() использовался метод максимального правдоподобия. В результате для ядер получены новые ограничения на период 2-распада на возбужденный уровень 2+ ядер 154Gd, 160Dy, 170Yb и 176Hf на уровне 1017 - 1018 лет.

3. Поиск частиц - кандидатов на темную материю с помощью ионизационных детекторов

   Существование темной материи во Вселенной является достаточно хорошо установленным фактом. Наблюдаемая зависимость скорости вращения звезд от расстояния до центра спиральных галактик с неизбежностью приводит к существованию гало, окружающего галактику. Природа происхождения таких гало остается загадкой. Аксион и сильновзаимодействующие массивные частицы (SIMPs) являются возможными кандидатами.

   Аксион, гипотетическая псевдоскалярная частица, введенная в теорию для разрешения проблемы отсутствия СР-несохранения в сильных взаимодействиях, может излучаться в ядерных магнитных переходах. Для обнаружения аксиона был измерен и проанализирован энергетический спектр фотонов и электронов, возникающих при распаде ядра 125mТе. Это изомерное ядро испытывает два последовательных -перехода с энергиями 109 кэВ (М4) и 35 кэВ (М1). Для идеального детектора, который регистрирует все известные частицы, возникающие при распаде ядра, излучение “невидимого” аксиона, покидающего детектор без взаимодействия, будет сопровождаться сдвигом спектра на величину М-перехода. Для измерения энергетического спектра использовались два планарных HPGe- детектора, плотно прилегавших друг к другу торцевыми поверхностями, между которыми находился источник 125mTe. Важно, что в предложенной методике существует возможность различить случаи излучения аксиона и поглощения -кванта в нечувствительном слое детектора. Полученное ограничение на вероятность излучения аксиона составило 1.3·10-5распад-1 (90% у.д.).

   В качестве кандидатов на SIMPs рассматриваются массивные нейтральные частицы, такие как Н-частицы, или связанные состояния обычных кварков и глюонов с тяжелыми кварками, капли кварковой материи и массивные заряженные стабильные частицы. Эти частицы могут иметь большое, вплоть до ~ 10-22см2, сечение взаимодействия с обычной материей. Для поиска таких частиц были проведены измерения с полупроводниковыми детекторами на уровне моря, т.е. в условиях, когда можно обеспечить достаточно низкий уровень фона, а потери энергии SIMPs связаны только со столкновениями в атмосфере. Для SIMPs с массой в интервале (102- 012) ГэВ получены новые нижние пределы на сечения рассеяния в интервале (10-19-10-19) см 2 на два порядка превышающие достигнутые в предыдущих экспериментах.

На начало страницы

На главную страницу ОНИ