地中深くにある超高感度粒子検出器からの新しいデータのおかげで、素粒子物理学者の間の長年の論争は、あまり刺激的ではない方法で解決されたようです。イタリアのグランサッソ国立研究所で 1400 メートル下にあるゲルマニウム検出器アレイ (GERDA) を操作している物理学者は、ニュートリノレス二重ベータ崩壊と呼ばれる仮説上のタイプの核崩壊の兆候は見られず、それが決定的に観察された場合、ほぼ確実にノーベル賞に値すると述べています。賞。新しい結果は、2001 年にライバル グループが行った主張にピンを刺します。
ニュートリノのない二重ベータ崩壊の探索は、素粒子物理学者が何を考えているのか疑問に思うかもしれません。通常のベータ崩壊は、原子核内の中性子が陽子に変化し、電子と反ニュートリノ (通常の物質とは非常に弱くしか相互作用しない無電荷でほとんど質量のない粒子) を放出するときに発生します。いくつかの種類の原子核は、2 つの中性子が同時に 2 つの陽子に変換され、2 つの電子と 2 つの反ニュートリノを同時に放出する、二重ベータ崩壊として知られる非常にまれなプロセスを受けることも知られています。しかし、理論家は、2 つの中性子が 2 つの陽子と 2 つの電子に崩壊するが、反ニュートリノには崩壊しない、さらにまれな形式の二重ベータ崩壊も予測しています。
なぜそれが面白いのでしょうか？さて、それはすべてニュートリノの同一性政治に入ります。反ニュートリノを放出する代わりに、中性子がニュートリノを吸収し、陽子と電子に変わるベータ崩壊によく似た核反応を引き起こすことが可能です。したがって、ニュートリノのない二重ベータ崩壊は、通常のベータ崩壊とこの誘発反応を組み合わせたものとまったく同じです。通常のベータ崩壊で放出された反ニュートリノが追加の核相互作用でニュートリノとして吸収される場合です。つまり、ニュートリノのない二重ベータ崩壊は、ニュートリノがそれ自身の反粒子である場合にのみ起こります。もしそれが本当なら、ニュートリノは物質と反物質の奇妙な混合が成り立つ唯一の物質粒子となるでしょう。 (光を構成する光子は、物質ではなく、すでにそれ自身の反粒子です。)
そのため、2001 年にドイツのハイデルベルクにあるマックス プランク核物理学研究所のハンス フォルカー クラプドール クラインロートハウスと同僚が、そのような崩壊を観察したと主張したとき、物理学者は立ち上がって注目を集めました。グランサッソでの「ハイデルベルク-モスクワ」実験では、核ゲルマニウム-76が濃縮された11.5キログラムのゲルマニウムを研究しました。ゲルマニウム-76は、適切な数の陽子と中性子を持つ数少ない原子核の1つであり、崩壊する可能性があります。 Klapdor-Kleingrothaus とその同僚は、この素材を 13 年間観察した結果、崩壊による明らかに過剰な事象が見られたと主張しました。しかし、他の多くの物理学者は彼らの主張に異議を唱え、ハイデルベルグのチームは彼らの推定信号の原因として通常の放射性崩壊を除外するのに十分ではなかったと主張した.
GERDA の研究者は、その主張をテストすることを目指しました。ヨーロッパ全土の 19 の研究機関と大学の物理学者で構成されるチームは、18 キログラムのゲルマニウムで構成される検出器を配備し、2011 年 11 月から 2013 年 5 月まで、はるかに短い時間で動作しました。これは検出器を地下に建設することですでに減少しており、デバイスはまれな崩壊に対してより高い感度をすぐに達成しました.
GERDA は、ニュートリノレス二重ベータ崩壊の証拠を見ていません。今日のグランサッソの地表施設でのセミナーで、ドイツのミュンヘン工科大学の物理学者であり、共同研究のスポークスパーソンであるシュテファン・シェーネルトは、実験者が双子電子のエネルギーを測定し、エネルギー範囲で3つのイベントを見ていると説明しました。 Klapdor-Kleingrothaus とその同僚は超過分を主張した。これは、バックグラウンド イベントだけから予想されることとほとんど同じである、と Schönert 氏は報告しています。 「[ハイデルベルク] の主張は、高い確率で反駁されます」と彼は言います。
ニューメキシコ州ロスアラモス国立研究所のニュートリノ物理学者であるスティーブン・エリオットは、最新の結果は「非常にエキサイティング」であると述べていますが、この問題に関する最終的な言葉を提供していない可能性があります. 「データは、過去の主張が正しい可能性が非常に低いことを示しています」と彼は言います. 「しかし、関連する統計が少ないため、まだいくらかの余地があるかもしれません。」
もちろん、この結果はそのような減衰が不可能であることを証明するものではなく、これまでに測定されたよりもめったに発生しないことを示しています. Klapdor-Kleingrothaus が率いるチームは、半減期が 1.2x10 年というまれな崩壊を観察したと主張したが、新しい結果は、半減期が 2.1x10 年以上である可能性があることを示唆していると Schönert は説明した。それは、宇宙の年齢のわずか 100 万倍です。そのため、GERDA チームは検索を続けます。今年後半、研究者は、ゲルマニウム 76 の量を約 2 倍にし、バックグラウンド レベルをさらに 10 分の 1 に減らす新しい検出器モジュールでデータの取得を開始します。崩壊—そこにあれば.
