В начале 80-х годов интерес к процессам 2р-распада возродился, что было связано сразу с несколькими обстоятельствами. Во-первых, в эксперименте Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) по измерению р-спектра трития были обнаружены признаки наличия у нейтрино массы на уровне ~30 эВ (что, однако, не было подтверждено последующими экспериментами). Во-вторых, нейтрино с массой в несколько десятков электрон-вольт стало рассматриваться кандидатом на роль темной материи в космологии. И, в-третьих, появились теории Великого объединения, в которых масса нейтрино естественным образом интерпретировалась как майорановская. А возникновение майорановской массы означает нарушение симметрии, с которой ассоциируется сохранение лептонного заряда. Поэтому интерес к поиску 2р-распада вновь усилился, что привело к всплеску активности как теоретиков, так и экспериментаторов.

В1981 г. был рассмотрен новый тип 2р-распада — распад с испусканием майорона:

(А, Z) (A, Z + 2) + 2e -+ х0. (6)

Майорон (х0) — это гипотетический безмассовый голдстоуновский бозон, возникающий при глобальном нарушении (ЯГ)симметрии, где В — барионное квантовое число, а L — лептонное. Майорон, если он существует, может играть достаточно серьезную роль в истории ранней Вселенной и в эволюции звезд. Спектр суммарной энергии двух электронов реакции (6) отличается от случаев 0v- и 2v-распада, поэтому распад с испусканием майорона можно легко отличить от других типов 2р-распада.

В1982 г. была сформулирована теорема Шехтера-Валле, из которой следует, что в рамках калибровочных теорий сам факт наблюдения 2р(0v)распада будет означать наличие у нейтрино майорановской массы. Это стало серьезным теоретическим обоснованием для экспериментаторов продолжать и совершенствовать свои опыты.

В1985 г. появилась фундаментальная теоретическая работа М.Дои, Т.Котани и Е.Такасуги, которая и по сегодняшний день может служить настоящей энциклопедией по теории 2р-распада. В этой работе впервые с хорошей точностью были рассчитаны энергетические и угловые распределения электронов для массового механизма и для механизма правых токов и продемонстрирована возможность различить эти механизмы в эксперименте, используя особенности соответствующих распределений.

Долгое время серьезной проблемой было расхождение теоретических предсказаний и экспериментальных пределов для времени жизни относительно двухнейтринного двойного бета-распада. Как правило, теория предсказывала на один-два порядка большую скорость распада, чем уже имевшиеся экспериментальные ограничения. Но в1986 г. П.Фогель и М.Цирнбауэр показали, что учет взаимодействия частица-частица в ядре позволяет в рамках QRPA-моделей (QRPA — Quasiparticle Random Phase Approximation) достаточно хорошо рассчитывать скорость 2v-распада. Это привело к широкому использованию QRPA-моделей при расчетах ядерных матричных элементов как для 2v-, так и для 0v-распада.

Про экспериментальные исследования можно сказать, что активность экспериментаторов возросла чрезвычайно. Несколько десятков групп начали искать 2р-распад. В 80-х годах большое число измерений было выполнено для 76Ge с использованием детекторов на основе сверхчистого германия HPGe (High Purity Germanium). Во многом это было связано с тем, что HPGe-детекторы большого объема стали доступным и относительно дешевым инструментом. C другой стороны, выбор низкофоновых конструкционных материалов, размещение детекторов, окруженных пассивной и активной защитой, глубоко под землей, позволили добиться радикального снижения уровня фона (большой вклад здесь внесли Ф.Авиньоне, Р.Бродзинский, Э.Фиорини). Все это привело к повышению чувствительности измерений на несколько порядков. Лучшее ограничение на время 2р-распада 76Ge с использованием HPGe-детекторов из природного германия было получено в эксперименте Д.Колдуэла с соавторами (~7.2 кг природного Ge, Г1/2 > 1.2-1024 лет). В1987 г. впервые были использованы полупроводниковые Ge(Li)детекторы, выращенные из обогащенного Ge (эксперимент ИТЭФ — ЕрФИ; ЕрФИ — Ереванский физический институт). Все эти достижения привели, в конце концов, к двум большим экспериментам с обогащенным Ge (коллаборации Гейдельберг — Москва и IGEX), в которых чувствительность к времени 2р(0v)распада была доведена до ~1025 лет. Достаточно высокое ограничение на период полураспада 2р(0v) было получено и для 136Хе в эксперименте с использованием прибора ТРС (Time Projection Chamber) на ксеноне. Здесь также использовался обогащенный материал -3.3 кгобогащенного ксенона (содержание 136Хе — 62%). Помимо измерения суммарной энергии электронов в этом эксперименте отбирались события с одновременным вылетом двух электронов из одной точки, восстанавливались треки электронов и измерялась энергия каждого отдельного электрона. После почти года измерений был получен предел Т1/2 > 3.4-1023 лет. В1984 г. Э.Фиорини и Т.Ниниковски опубликовали статью, в которой обосновали перспективность использования для поиска процессов двойного бета-распада низкотемпературных детекторов, и эта методика затем успешно развивалась усилиями миланской группы под руководством Фиорини.

Все же основным экспериментальным достижением рассматриваемого периода стало первое наблюдение 2р-распада в прямом счетчиковом эксперименте. Это было сделано М.Моу с сотрудниками в1987 г. для 82Se в эксперименте с использованием TPC. Было зарегистрировано всего 36 2р-событий и получено значение Г1/2 = 1.1+°083-1 020 лет — важнейший результат, особенно с психологической точки зрения. Он как бы снял некий невидимый барьер. Положительные результаты по 2v-распаду посыпались как из рога изобилия. 2P(2v )распад вскоре был обнаружен в 76Ge, 110Мо, 116Cd и других ядрах (всего 2р)распад был найден в то время в прямых экспериментах для семи ядер). Причем для большинства ядер его удалось наблюдать в нескольких независимых экспериментах. Наибольший вклад здесь внесли группа М.Моу (82Se, 110Мо, 150Nd, 48Ca), группа Х.Иджири (110Мо и 116Cd) и коллектив серии экспериментов на установке NEMO — 2 (110Мо, 116Cd, 82Se, 96Zr). Кроме того, в эксперименте NEMO-2 были изучены энергетические спектры и угловые распределения электронов для всех исследованных изотопов. В1991 г. в радиохимическом эксперименте наблюдался 2р(2v)распад в 238U. В том же году А.С.Барабашом, Ф.Авиньоне и др. впервые был зарегистрирован 2р)распад на возбужденное состояние дочернего ядра.

Что касается геохимических экспериментов, то они интенсивно проводились в 80 — х годах и практически прекратились к концу 90-х. В начале 80-х проходили жаркие дебаты вокруг значений периода полураспада для 130Те и 128Те. Несколько групп авторов настаивали на больших значениях периода полураспада (-2.7-1021 и — 7.7-1024 лет соответственно), а другие коллективы получали существенно меньшие значения (-0.8-1021 и ~2-1024 лет). Результаты различались в три с половиной раза, хотя заявленная точность измерений была достаточно хорошей (в отдельных экспериментах она доходила до 3%). Эта проблема тогда так и не была решена. Было даже высказано предположение, что расхождение может быть связано с зависимостью скорости 2р-распада от времени (что может быть вызвано, например, вариациями константы слабого взаимодействия со временем), поскольку малые значения T1/2 были получены для «молодых» минералов (возраст ~107-108 лет), а большие значения — для «старых» (~109 лет и больше).

Основные достижения этого периода: первое наблюдение 2v-распада в прямом (счетчиковом) эксперименте, превышение чувствительности к 2р-распаду в 76Ge значения 1 025 лет, измерение TV2(2v) для 10 изотопов (в прямых и геохимических экспериментах), первое наблюдение 2р)распада на возбужденное состояние дочернего ядра. Главные действующие лица / коллаборации: М.Моу, Ф.Авиньоне, А.С.Барабаш, С.Джулиан, Х.Иджири, Ю.Г.Здесенко, Г.Клапдор — Клайнгротхаус, Э.Фиорини / Гейдельберг — Москва, IGEX, NEMO-2. Среди теоретиков следует отметить (вдобавок к уже упомянутым в этой главе именам) С.Петкова, О.Сивитарезе, Й.Сухонена, А.Феслера и Ф.Шимковича.

Добавить комментарий