Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино

Ученые Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН (Новосибирск)  вырастили новые монокристаллы на основе вольфрамата лития с молибденом, с помощью которых можно исследовать упругое когерентное рассеяние нейтрино на ядрах. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале The Journal of Chemical Thermodynamics, кратко о нем сообщила пресс-служба РНФ.

В начале ХХ века при наблюдении за реакцией бета-распада 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. До сих пор неясно, в какую группу частиц входят нейтрино. Если они принадлежат к 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 структуре ядра и может использоваться для мониторинга ядерных реакторов.

Авторы исследования разработали методику выращивания новых монокристаллов вольфрамата лития с небольшим замещением вольфрама молибденом и изучили их термодинамические свойства. Монокристаллы были 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.

Из монокристаллов вольфрамата лития (Li2WO4), частично замещенных молибденом, будут изготавливаться болометры для изучения процессов упругого когерентного рассеяния нейтрино. Источник: Ната Мацкевич/ИНХ СО РАН

«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 всё 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 ИНХ СО РАН.