Gadolinium som en hjelper i nøytrino oppgaver

Isotop gadolinium egner seg best for sjelden forfall for nøytrino-forskning

Gadolinium kan hjelpe med nøytrino-forskning © public domain
lese høyt

Er nøytrinoet sitt eget antipartikkel? Dette spørsmålet kan bare besvares hvis begge blir fanget "i handlingen" i en veldig sjelden prosess med forfall. Forskere har nå identifisert de mest passende kandidatene for et slikt eksperiment ved hjelp av en spesiell ionefelle: isotopen gadolinium-152 er den mest optimale atomkjernen for å få ny innsikt i nøytrinoene.

Neutrino er elementære partikler, også kalt spøkelsespartikler, fordi de samvirker ekstremt svakt med den "vanlige" saken som er kjent for oss og trenger gjennom dem nesten uhemmet. Følgelig er mange egenskaper ved nøytrinoer fortsatt ukjente. For eksempel antas det at en nøytrino kan være sin egen antipartikkel (såkalte majorana-partikler), et fenomen som aldri før er observert. Det vil bety at en nøytrino og en anti-nøytrino ville være identiske. Siden en partikkel og dens anti-partikkel ødelegger hverandre, vil det bety at to nøytrinoer ville ødelegge seg selv.

Et mulig bevis på om nøytrinoen er sin egen antipartikkel ville være observasjonen av a

visse typer radioaktivt forfall, den såkalte neutrinoløse dobbeltelektronfangsten. I denne svært sjeldne forfallsprosessen blir to elektroner fanget opp av skallet av protoner i atomkjernen, og blant annet opprettes to nøytrinoer. Hvis nøytrinoen var identisk med dens antipartikkel, kunne de avbryte hverandre, slik at ingen nøytrino ville bli sendt ut, derav uttrykket neutrinolos.

Optimal kandidat for forfall prosess søkt

Imidlertid er denne nøytrololøse forfallsprosessen eksperimentelt, om i det hele tatt, påvisbar bare hvis massen til foreldrekjernen er større enn datterkjernen, men avviker så lite som mulig. For å måle selv de minste masseforskjellene, brukte forskere ionefellen "Shiptrap" fra GSI Helmholtz Center i Darmstadt. Med Shiptrap kan masser måles så nøyaktig at du teoretisk kan bevise om en passasjer i en fullastet jumbojet har en 1 Euro-mynt i lommeboken eller ikke. Med disse metodene undersøkte forskerne nå systematisk massene av mulige atomkjerner for å bestemme den beste kandidaten for nøytroløs dobbeltelektronfangst. utstilling

I ionefellen SHIPTRAP ved GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research i Darmstadt blir gadolinium-152 ioner fanget med elektriske og magnetiske felt i en Penning-felle og tvunget inn i en sirkulær bane. Michael Block, leder av GSI Shiptrap Group, sjekker spenningene ved elektrodene til ionefellen. En superledende magnet i den hvite trommelen genererer det nødvendige magnetfeltet. GSI

Ionfelle inneholder gadolinium-152 som et passende forskningsobjekt

For massebestemmelsen måler forskerne omløpsbevegelsen til enkelt ladde ioner i magnetfeltet i en spesiell ionefelle og trekker fra den resulterende masseforskjellen på den søkte energiforskjellen Qee mellom mor og datter nuklid. De fant at 152-massers gadolinium-isotop (gadolinium-152), som brytes ned i isotopens samarium-152, for tiden er den mest lovende kandidaten. Det er dermed den passende isotopen som skal undersøkes i fremtidige eksperimentelle oppsett av neutrinoer som i Gran Sasso med det mål å oppdage ødeleggelsen av to nøytrinoer for første gang når den forfaller.

Ved å måle halveringstiden til gadolinium-152, som er i området fra 10 til 26 år, kan også grenser for mengden av nøytrinoene bestemmes. Bare nylig har det vært kjent at nøytrinoer i det hele tatt har en masse, men den er veldig liten og kan aldri måles direkte. Under ledelse av Max Planck-instituttet i Heidelberg deltok 17 forskere fra 11 institutter i eksperimentene ved GSI. (Physical Review Letters, 2011; doi: 10.1103 / PhysRevLett.106.052504)

(Pressemelding GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, 09.02.2011 - NPO)