Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино — Naked Science
9 минут
РНФ

Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино

5.1

Российские ученые вырастили новые монокристаллы на основе вольфрамата лития с молибденом, с помощью которых можно исследовать упругое когерентное рассеяние нейтрино на ядрах. Оно позволяет получить информацию о формировании Вселенной и эволюции звезд, а также о структуре ядра и может использоваться для мониторинга ядерных реакторов. Кристаллы обладают необходимыми для исследований свойствами – устойчивостью, высоким качеством и не содержат примесей.

Монокристаллы молибдата лития, из которых изготавливают болометры для поиска двойного безнейтринного бета распада / ©ИНХ СО РАН

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале The Journal of Chemical Thermodynamics. Современная физика в течение несколько десятилетий пытается выяснить природу одной из самых парадоксальных субатомных частиц — нейтрино.

Впервые частица была замечена в начале ХХ века, когда при наблюдении за реакцией бета-распада (в результате высвобождаются электрон или позитрон) ученые обнаружили, что количество энергии до протекания реакции и после не совпадает, то есть не соблюдается закон ее сохранения. Тогда швейцарский физик Вольфгант Паули предположил, что существуют некоторые неуловимые частицы, которые уносят с собой часть энергии.

Экспериментально эта гипотеза подтвердилась только спустя 23 года. Изначально эти частицы хотели назвать нейтронами, так как они электрически нейтральны, но этот термин уже был занят. Частицы получили название «нейтрино» — с итальянского «нейтрончик». Дальнейшее изучение нейтрино современными учеными может помочь понять природу материи, подробнее изучить звездные взрывы и структуру Вселенной. Исследователи считают, что во Вселенной количество материи преобладает над количеством антиматерии, и нейтрино поможет объяснить причину этого дисбаланса.


Монокристаллы вольфрамата лития, частично замещенные молибденом, из которых будут изготавливаться болометры для изучения процессов упругого когерентного рассеяния нейтрино / ©ИНХ СО РАН

Идут ярые споры о том, в какую группу частиц входят нейтрино. Если считать, что они находятся в группе майорановских частиц, то есть являются античастицами самим себе, то у ученых появляется возможность наблюдать за редким видом бета-распада — двойным бета-распадом без нейтрино. В этом случае два нейтрона могут пройти бета-распад вместе, так что нейтрино, испускаемое одним нейтроном, немедленно поглощается другим нейтроном. Подобные бета-распады еще не наблюдались, поэтому современные ученые занимаются разработкой приборов для отслеживания таких явлений.

Для наблюдения за бета-распадами применяются болометры (приборы для измерения энергии излучения), изготовленные из высокочистых кристаллов, испускающих свет при поглощении излучения. Одним из перспективных материалов для создания болометров являются монокристаллы молибдатов первой и второй групп таблицы Менделеева, в частности молибдат лития (Li2MoO4).

Кроме того, молибдаты и вольфраматы щелочных и щелочноземельных металлов используются для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино на ядрах, которое позволяет получить информацию о формировании Вселенной и эволюции звезд, а также о структуре ядра и может использоваться для мониторинга ядерных реакторов. Молибдаты-вольфраматы лития содержат тяжелые элементы (молибден и вольфрам), за счет чего увеличивается сечение (вероятность взаимодействия) процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино.

Ученые Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН (ИНХ; Новосибирск) разработали методику выращивания новых монокристаллов вольфрамата лития с небольшим замещением вольфрама молибденом и изучили их термодинамические свойства. Монокристаллы выращены с использованием низкоградиентного метода Чохральского, при котором рост происходит при низких градиентах температур (меньше одного градуса).

На основе полученных физико-химических закономерностей авторы работы наметили направления, в которых нужно улучшить функциональные свойства кристаллов. К примеру, в ходе исследований были обнаружены связи между энергией решетки изучаемых монокристаллов и длиной люминесценции, что позволяет в дальнейшем предсказать направления изменения люминесцентных свойств и вырастить новые перспективные монокристаллы. Это можно сделать за счет добавления других элементов к вольфраматам-молибдатам лития.

«Используя эти монокристаллы, можно будет проводить эксперименты с килограммами монокристаллов, а не с тоннами. Как уже отмечалось, двойной безнейтринный бета-распад еще не наблюдался, и природа упругого когерентного рассеяния нейтрино атомными ядрами также недостаточно изучена.

Поэтому перед материаловедами всего мира стоит задача создавать все больше и больше высокочистых материалов и детально изучать их функциональные свойства», — рассказывает Ната Мацкевич, доктор химических наук, руководитель проекта по гранту РНФ, ведущий научный сотрудник лаборатории термодинамики неорганических материалов Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ
9 статей
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
10 часов назад
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

Вчера, 19:01
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

11 часов назад
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые создали компьютерную сеть, которая имитирует человеческий мозг. Благодаря ей удалось выяснить, как человек обрабатывает движущиеся изображения, и понять, как появляются оптические иллюзии.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

22 февраля
5 минут
Илья Ведмеденко

Новое видео демонстрирует использование новейшего российского разведывательно-ударного БПЛА «Орион» на территории Сирии. Ранее этот комплекс приняли на вооружение.

27 января
6 минут
Василий Парфенов

Интересным наблюдением поделились сотрудники Чернобыльского радиационно-экологического биосферного заповедника. Они уже более трех лет следят за жизнью стада одичавших коров, поведение которого сильно отличается от того, что можно наблюдать у домашних сельскохозяйственных животных.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: