Эксперимент NEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory) имеет своей целью изучение природы неуловимых частиц нейтрино и измерение их массы. Этот эксперимент проводится при сотрудничестве ученых из семи различных научных организаций, а его оборудование, установленное в подземной лаборатории Modane Underground Laboratory (CNRS/CEA), находилось в действующем состоянии в период с 2003 по 2011 год. Высокочувствительные датчики, наблюдавшие за крайне редкими случаями радиоактивного распада семи различных изотопов, позволили ученым собрать массу научных данных, обработка которых только сейчас подходит к завершающему этапу. Наибольшую научную ценность имеют данные, касающиеся так называемого двойного бета-распада, которые позволили установить диапазон от 0.3 до 0.9 электрон-вольт в котором находится верхний предел значения массы нейтрино.

Результаты обработки данных эксперимента NEMO, описанные в онлайн-журнале Physical Review Letters, проливают свет на некоторые аспекты природы нейтрино, которые затрагивают существующие космологические модели. Кроме этого, технологии, использованные при создании датчиков эксперимента NEMO, станут основой для создания нового датчика SuperNEMO, который будет иметь в сто раз большую чувствительность, нежели датчик NEMO и будет в состоянии непосредственно зарегистрировать случаи «запрещенного» двойного бета-распада, а не только следов этого явления.

Датчик эксперимента NEMO был предназначен для наблюдения весьма редкого явления двойного бета-распада некоторых радиоактивных изотопов, период полураспада которых превышает нынешний возраст Вселенной в целых 100 миллиардов раз. При обычном двойном бета-распаде два нейтрона одновременно превращаются в два протона и два электрона, при этом на свет появляются два нейтрино. И в течение восьми лет функционирования датчик NEMO обнаружил следы около одного миллиона таких событий.

Рис. 1.

Некоторые из теорий предполагают наличие двойного бета-распада, не сопровождаемого рождением пары нейтрино. Такой вид распада называют «запрещенным» в связи с тем, что он нарушает существующую Стандартную Модель физики элементарных частиц, на которой базируются все современные научные исследования в этой области. Если такой «запрещенный» двойной бета-распад будет обнаружен, это будет означать, что нейтрино относится к экзотическому классу так называемых майорановских частиц, частиц, одновременно являющихся и своими собственными античастицами. К сожалению, датчик NEMO оказался неспособным зарегистрировать события «запрещенного» двойного бета-распада, однако, и других собранных данных хватило для выяснения значения верхней границы массы нейтрино.

Для того, чтобы датчик NEMO смог зарегистрировать сигналы от чрезвычайно редких явлений, его было необходимо полностью изолировать от шума естественной фоновой радиации. Для этого все три датчика были расположены на глубине 2 тысячи метров под скалой, в которой проложен туннель Фреджус-Роуд. Кроме этого, при строительстве подземной лаборатории использовались специальные материалы, имеющие очень слабый уровень собственной радиоактивности. В результате всех этих мер датчик NEMO смог измерять уровни радиоактивного излучения в 10 миллионов раз меньшие, нежели уровень естественной фоновой радиации.

Другая особенность инструмента NEMO, которая выделяет его среди других датчиков частиц, является его способность идентифицировать частицы, испускаемые в результате различных видов радиоактивного распада, а при помощи специальных калориметров этот инструмент может измерить энергию этих частиц. Высокое качество данных, собранных при помощи инструментов более чем десятилетней давности, позволяет надеяться, что при помощи детекторов инструмента SuperNEMO, который будет иметь в 100 раз большую чувствительность, ученым удастся зарегистрировать напрямую случаи обычного и запрещенного двойного бета-распада, что станет началом нового этапа исследований в области физики элементарных частиц, которая не укладывается в рамки существующей Стандартной Модели. Согласно планам, инструмент SuperNEMO будет построен и начнет свою работу в 2018 году.