Автореферат (Исследование свойств нейтрино низких энергий, испускаемых искусственными источниками), страница 4

(*) обозначены переходы навозбуждённые уровни дочернего ядраконцентрация, %0.895.540.970.09520.1060.1850.2материнский нуклид7434 Se9644 Ru11250 Sn12454 Xe13056 Ba13658 Ce15264 Gdдочерний нуклид*7432 Ge*9642 Mo*11248 Cd*12452 Te*13054 Xe*13656 Ba15262 Smконцентрация, %0.0560.1391.6010.1230.120.02материнский нуклид15666 Dy16268 Er16468 Er16870 Yb18074 W18476 Osдочерний нуклид*15664 Gd*16266 Dy16466 Dy*16868 Er18072 Hf*18474 WОсобый интерес для нейтринной физики вызывают нуклиды, входящие визобарные триплеты.

Таких триплетов всего четыре в природе, а именно:9640 Zr13052 Te96→9642 Mo ←44 Ru;12450 Sn130→13054 Xe ←56 Ba;124→12452 Te ←54 Xe;13654 Xe136→13656 Ba ←58 Ce.Они уникальны тем, что в каждой изобарной цепочке содержатся как источникидвойного захвата, так и источники двойного бета-распада.

Причем, оба источника имеют один и тот же дочерний нуклид. В данной работе исследуются триизобарных триплета (с А = 124; 130; 136).В шестой главе описывается применение ионной ловушки Пеннингав исследовании безнейтринного двойного е-захвата. Ионная ловушка являетсяуникальным измерительным прибором в масс-спектрометрии. Точность определения масс для стабильных нуклидов может составлять 10−11 . В мире существует около 10 действующих установок, однако в России до сих пор таких установок нет. Существует проект по строительству ионной ловушки на реакторе ПИКв Гатчине [22].Центральным параметром в теории ловушки Пеннинга является циклотронная частота .

= .Именно она однозначно связана с зарядом и массой частицы , заточённой вловушку с сильным магнитным полем . Для определения циклотронной часто17ты используется сканирование на разных частотах возбуждения радиочастотнымполем, значения которых близки к циклотронной.Для поиска безнейтринных процессов, в частности и безнейтринногодвойного e-захвата, нужны данные о разности масс исследуемых нуклидов.Точность определения величины не должна уступать точности других величин в формуле (15). А они, как правило, не хуже ≈100 эВ.

Именно такуюточность в определении может обеспечить в настоящее время только ионнаяловушка.Эксперимент по измерению разностей масс для изобарных триплетовс А = 124; 130; 136.Эксперимент проводился в научно-исследовательском центре GSI, Дармштадт (Германия) на масс-спектрометре SHIPTRAP [23], основой которого является ловушка Пеннинга. Схема экспериментальной установки представленана Рисунке 9.

Установка состоит из двух основных секций: секции источникаСекция источника ионовСекция масс-спектрометраподготовительная ловушкаизмерительная ловушкаэлектронная пушкаМКП-детекторионно-транспортнаяоптикаобразцысверхпроводящий магнитмишеньлазерный лучРис. 9: Схема установки SHIPTRAP, используемой для определения разностей масс нуклидовионов и секции самого масс-спектрометра. Стоит отметить, что все ионы, полученные от источника ионов, были однократно ионизированы, т.е.

имели заряд+1. Для получения ионов 124 Xe и 130 Xe применялась электронная пушка SPECSIQE 12/38, которая выбивала из атомов ксенона по одному электрону, тем самымпревращая их в ионы. Для получения ионов 130 Xe использовался естественныйксенон, в то время как для 124 Xe применялась смесь со степенью обогащения99,9% для данного изотопа.

Все остальные ионы, а именно: 124 Sn, 124 Te, 130 Te,130Ba, 136 Ce и 136 Ba, были получены при помощи облучения пучком от твердотельного лазера Nd-YAG (532 нм) мишеней образцов, изготовленных в видеметаллических основ или в форме оксидов.18Разность масс в эксперименте определялась через отношение циклотронных частот материнского и дочернего нуклидов в соответствие с формулой: = (︁ ( + ))︁− = ( − ) ·+ −1 , ()(17)где – масса материнского атома, – масса дочернего атома, – масса+электрона, (+ ) и () – циклотронные частоты дочернего и материнскогоионов, соответственно.Для уменьшения систематической ошибки из-за флуктуации магнитногополя был предложен метод одновременного измерения, основанный на линейной интерполяции и получении значения циклотронной частоты одного из ионовв момент измерения другого иона. Этот способ проиллюстрирован Рисунком 10.Данная методика позволяет получить значение циклотронной частоты для матеν iDνcν iMtitxti+1tРис.

10: Метод одновременного измерения циклотронных частот для материнского идочернего ионов с использованием интерполяцииринского иона в момент времени , когда происходит измерение дочернего иона.Аналогично можно определить дочернего иона в момент измерения материнского иона. Предложенная методика позволила улучшить точность измеренийна порядок величины, так как существенно минимизировала систематическуюошибку от различных дрейфов в системе, возникающую при раздельном измерении исследуемого и калибровочного источников.В результате проведения серии экспериментальных измерений были получены значения разностей масс для нуклидов из изобарных триплетов, которыепредставлены в Таблице 3 [24]. Из проведённого анализа полученных экспериментальных данных следует, что условие резонанса для фактора ℱ (16) выполняется лучше всего для 124 Xe с Δ =1.86(15) кэВ.

Оценим период полураспада вданном нуклиде. Если положить эффективную массу майорановского нейтрино , равной 1 эВ, и типичное значение для ядерного матричного элемента 3, топериод полураспада для безнейтринного двойного e-захвата в 124 Xe на возбуж19Таблица 3: Полученные экспериментально значения разностей масс для изобарныхтриплетовНуклиды124124Sn →Te124Xe →124Te130Te →130Xe130Ba →130Xe136Ce →136BaQ, кэВ2292.64(39)2856.73(12)2527.55(14)2623.74(29)2378.49(35)Распад0 − −00 − −00дённый уровень 2790.41(9) кэВ 124 Te согласно формуле (15) составит порядка1028 лет.Основными сигналами от 0 процесса будут низко энергетичные рентгеновские кванты, электроны Оже, а также гамма-кванты при разрядке возбуждённого уровня дочернего ядра.

Так как ожидаемый счёт при столь долгих периодах очень мал, требуется большая масса детектирующего вещества, котораяможет быть обеспечена огромными детекторами, обсуждаемыми в диссертации.Поскольку ксенон является инертным газом, то добавление его внутрь детектора не вызовет никаких химических реакций с молекулами жидкого сцинтиллятора, тем самым не испортятся его характеристики.

Исходя из основного закона радиоактивного распада, можно оценить количество событий, которое будетпроисходить внутри детектора в зависимости от массы исследуемого вещества.Результат представлен на Рисунке 11.amount of events1 year2 years5 years10 years10110002000300040005000mass of6000700080009000 10000124Xe, [kg]Рис. 11: Ожидаемое количество событий безнейтринного двойного e-захвата в зависимостиот массы124Xe. Результат представлен для четырёх разных времён экспериментаВ заключении подводятся итоги проведённых исследований, описанныхв диссертации.

Приводится перечень положений, выносимых на защиту, тем самым подчеркивая актуальность и практическую значимость работы.20Проделанные исследования являются необходимыми для постановки ипроведения реальных экспериментов в готовящихся к реализации нейтринныхпроектах JUNO и RENO.Список литературы1. W. Buchmuller and C. Ludeling, Field Theory and Standard Model // arXiv:hepph/0609174, (2006).2. S.M. Bilenky, On the phenomenology of neutrino oscillations in vacuum //arXiv:1208.2497 [hep-ph], (2012).3.

B. Pontecorvo, Mesonium and anti-mesonium // Sov. Phys. JETP 6 429, (1957).4. Y. Fukuda et al. [Super-Kamiokande Collaboration], Evidence for oscillation ofatmospheric neutrinos // Phys. Rev. Lett. 81 1562, arXiv:hep-ex/9807003, (1998).5. L. Wolfenstein, Neutrino Oscillations in Matter // Phys. Rev. D 17 2369, (1978).6. С.П. Михеев, А.Ю. Смирнов, Resonance Amplification of Oscillations in Matterand Spectroscopy of Solar Neutrinos // Ядерная физика 42 1441, (1985).7. K.N. Abazajian, M.A. Acero, S.K.

Agarwalla, A.A. Aguilar-Arevalo,C.H. Albright, S. Antusch, C.A. Arguelles and A.B. Balantekin et al., Light SterileNeutrinos: A White Paper // arXiv:1204.5379 [hep-ph], (2012).8. M. Wurm et al. [LENA Collaboration], The next-generation liquid-scintillatorneutrino observatory LENA // Astropart. Phys., 35 685, arXiv:1104.5620, (2012).9. M.

Wurm, D. Bick, T. Enqvist, D. Hellgartner, M. Kaiser, K.K. Loo, S. Lorenz,M. Meloni, M. Meyer, R. Möllenberg, L. Oberauer, M. Soiron, M. Smirnov,W.H. Trzaska, B. Wonsak, Low-energy neutrino astronomy in LENA // PhysicsProcedia 61 376, (2015).10.

S.B. Kim, New results from RENO and prospects with RENO-50 //arXiv:1412.2199 [hep-ex], (2014).11. F. An et al. [JUNO Collaboration], Neutrino Physics with JUNO //arXiv:1507.05613 [physics.ins-det], (2015).12. Geant4 Colloboration. Geant4, http://geant4.cern.ch/.13. ROOT Colloboration. ROOT, https://root.cern.ch/.2114. K.K. Loo, D. Bick, T. Enqvist, D. Hellgartner, M. Kaiser, S. Lorenz, M. Meloni,M. Meyer, R.

Möllenberg, L. Oberauer, M. Soiron, M. Smirnov, A. Stahl,W.H. Trzaska, B. Wonsak, M. Wurm, Neutrino flavor sensitivity of large liquidscintillator detectors // Physics Procedia 61 488, (2015).15. C. Giunti and M. Laveder, Hint of CPT Violation in Short-Baseline ElectronNeutrino Disappearance // Phys. Rev. D 82 113009, arXiv:1008.4750 [hep-ph],(2010).16. J. Kopp, P.A.N.