Molibden çekirdekleri üzerinde yapılan gözlemler, nötrinosuz çift-beta bozunumu olarak bilinen varsayılan bir nükleer parçalanma için kanıt bulunmadığını göstermiş ve böylece bu fenomene katı bir sınırlama getirmiştir.
Standart modeldeki diğer fermiyonların aksine, nötrinolar son derece düşük bir kütleye sahiptir ve tekdüze kiralite sergiliyor gibi görünmektedir. Bu anomaliler, nötrinolar Majorana parçacıkları olarak sınıflandırılırsa, yani kendi kendilerinin antiparçacıkları olurlarsa aydınlatılabilir. Majorana nötrinolarının kesin bir göstergesi, henüz tespit edilmemiş bir radyoaktif bozunma olan nötrinosuz çift-beta bozunmasının gözlemlenmesi olacaktır. AMoRE İşbirliği, molibden çekirdeğinin nötrinosuz çift-beta bozunumu üzerinde bugüne kadarki en katı sınırı oluşturmuştur. Bu sonuç, Majorana nötrinolarının olası özellikleri üzerine sıkı kısıtlamalar getirmektedir.
AMoRE Deneyi Nedir?
Gelişmiş Mo-tabanlı Nadir Süreç Deneyi’nin (AMoRE) amacı (İngilizce orjinali Advanced Mo-based Rare process Experiment), metalik manyetik kalorimetreler aracılığıyla okunan molibden tabanlı sintilasyon kristallerinden oluşan düşük sıcaklıklı dedektörler kullanarak 100Mo’nun nötrinosuz çift beta bozunumunu araştırmaktır.
Termal ve optik sinyallerin eşzamanlı ölçümleri, bir seyreltme buzdolabının kullanılmasıyla elde edilen milikelvin sıcaklıklarında gerçekleştirilmektedir.
AMoRE-Pilot olarak adlandırılan ve toplam kütlesi yaklaşık 1,5 kg olan beş adet 100Mo zenginleştirilmiş, 48Ca tüketilmiş 40Ca100MoO4 kristalinin kullanıldığı bir pilot deney 700 metre derinlikteki YangYang Yeraltı Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. AMoRE deneyinin mevcut konfigürasyonu ve durumu tanımlanmıştır.
Standart çift-beta bozunumunda, bir çekirdekteki iki nötron eşzamanlı olarak iki protona dönüşür, iki elektron ve iki nötrino yayar. Nötrinolar Majorana parçacıklarıysa, sadece elektronların salındığı farklı bir çift-beta bozunmasına izin verilir. Yetmiş yılı aşkın bir süredir bilim insanları, kalsiyum-48’den neodimyum-150’ye kadar olan çekirdekleri kullanarak nötrinosuz çift beta bozunmasının kanıtını aramışlardır.
AMoRE İşbirliği, Güney Kore’deki Yangyang Yeraltı Laboratuvarı’nda 3 kg molibden-100 kristallerini inceledi.
Araştırmacılar iki yıldan fazla bir süre boyunca bu çekirdeklerin yok olmasıyla açığa çıkan elektronların enerjisini ölçtüler. Geleneksel çift-beta bozunumu sırasında salınan elektronların aksine, nötrinosuz süreçte salınanların, olmayan nötrinolarınkine eşdeğer ek toplam enerjiye sahip olması bekleniyor. Araştırmacılar tüm ölçümlerin standart çift-beta bozunumu ile uyumlu olduğunu belirledi.
Bu keşif, araştırmacıların nötrinosuz sürecin yarı ömrü için minimum bir eşik belirlemesini sağladı: Molibden atomlarının yarısının bu şekilde bozunmaya uğraması için 2,9 x 10²⁴ yıldan daha az bir süre gerekmeyeceğini tahmin ettiler. Bu yarı ömrün Evrenin yaşının 200 trilyon katı olmasına rağmen, AMoRE İşbirliği bozunmanın deneyin geliştirilmiş bir versiyonu kullanılarak tespit edileceğini ve beş yıllık bir süre boyunca 100 kg molibden-100 kullanılacağını öngörmektedir.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v18/s21
