15 октября 2015 физики-ядерщики США представили план развития отрасли на ближайшие десять лет. Одним из главных его пунктов является строительство установки для изучения безнейтринного двойного бета-распада.
Двойной бета-распад — тип радиоактивного распада, при котором сразу два нейтрона в ядре атома превращаются в протоны, испуская два электрона и два антинейтрино. Принято считать, что при электронном бета-распаде возникают антинейтрино, а при позитронном — нейтрино. Зарядовое число атома при этом увеличивается на две единицу, то есть атом совершает «прыжок» на две позиции вправо по таблице Менделеева. Безнейтринный же двойной распад возможен лишь при условии, что испущенная пара нейтрино аннигилирует, как пара частица-античастица
Изображение из статьи E. Cartlidge, 2012. Neutrino physics: Beta test - стандартный бета-распад, двойной бета-распад и безнейтринный двойной бета-распад.
Гипотеза о возможности существования частиц с полуцелым спином, являющихся собственными античастицами была выдвинута итальянским физиком Эттори Майорана в 1937 году, и, если нейтрино действительно окажется фермионом Майораны, в Стандарную теорию потребуется внести значительные правки. Закон сохранения лептонного числа выполняется для стандартного двойного бета-распада: лептонный заряд электрона равен -1, антинейтрино +1, +2-2 = 0, но нарушается для безнейтринного, где образуются только электроны - +2 ≠ 0. Снятие запрета на сохранение числа лептонов может пролить свет на многие нерешенные проблемы современной физики — например, абсолютного преобладания материи над антиматерией.
Для того, чтобы обнаружить эффект — если безнейтринный двойной бета-распад и происходит, то крайне редко — необходимо расположить установку глубоко под землей, исключив влияние радиационного фона и наблюдать большое число ядер таких элементов, как ксенон-136, германий-76, или теллур-130. Эксперименты ведутся по всему миру, масса изотопа в детекторах составляет несколько килограмм, но, судя по всему, количество материала должно измеряться тоннами.
Доклад призывает США начать строительство подобной установки не позднее 2018 года. «Если США хотят быть первыми, медлить нельзя», — утверждает Роберт Мак-Каун (Robert McKeown), сотрудник лаборатории Джефферсона. Эксперимент, скорее всего, обойдется в несколько сотен миллионов долларов.
Тем не менее, план развития уже утвержден Консультативным комитетом по ядерной физике и получил горячее одобрение в Министерстве энергетики США. «Это крайне амбициозный проект. Он, опираясь на прошлое, устремляется к поистине многообещающему будущему», — заявляет Патриция Дехмер (Patricia Dehmer), заместитель директора по научным программам Управления по науке при Министерстве энергетики. В этом году на нужды ядерной физики выделено 596 миллионов долларов.
Сложно поверить, что в 2012 физики-ядерщики из-за нехватки финансирования были поставлены перед вопросом — отказаться от ускорителя электронов непрерывного действия (CEBAF) или от ускорителя на встречных пучках релятивистских тяжёлых ионов (RHIC). Ученые неохотно признали, что в случае крайней необходимости согласились бы отключить RHIC. К счастью, к столь жестким мерам экономии прибегать не пришлось, и оба ускорителя будут задействованы в предстоящих исследованиях. Видимо, анекдот про чиновников и физиков, которые все требуют деньги на дорогущие приборы в то время, как умницы-математики обходятся бумагой и карандашом, актуален не только для России.
Увеличение бюджета, как признает Патриция Дехмер — заслуга научного сообшества физиков-ядерщиков, сумевших найти общий язык и выработать единый и четкий план развития отрасли. Как показывает опыт, порой это бывает самым сложным этапом научной работы.
