La solución de un rompecabezas diferencia de masa atómica de larga data abre el camino a la masa de los neutrinos

Echo colaboración con la Universidad de Mainz reseachers publica nuevos resultados en Physical Review Letters

Johannes Gutenberg Universität Mainz

IMAGEN: El nuevo resultado (rojo) confirma los resultados recientes de la of163Ho energía de desintegración. Los diferentes símbolos representan medición diferente techniques.view más

Crédito: Ill./&copy ;: Instituto Max Planck de Física Nuclear

Este comunicado de prensa está disponible Ingerman.

Para medir la masa de los neutrinos, los científicos estudian desintegraciones radioactivas en el que se emiten. Un ingrediente esencial es la energía de desintegración que corresponde a la diferencia de masa entre los núcleos de madre e hija. Esta energía de desintegración se debe conocer con mayor precisión. Un equipo de científicos logró ahora para resolver una discrepancia severa de la energía de desintegración de los isótopos de holmio artificial (Ho), con número de masa 163. Se desintegra por captura de electrones al establo disprosio-163 (163Dy) y parece muy adecuado para medir la masa de los neutrinos. El equipo preparó muestras puras of163Ho and163Dy y directamente mide su diferencia de masa con alta precisión utilizando la trampa de Penning-espectrómetro de masas SHIPTRAP. Los resultados de la investigación han sido publicados recientemente en Physical Review Letters.

Los neutrinos son en todas partes. Cien billones de neutrinos están atravesando todos los seres humanos por segundo, pero una de sus propiedades fundamentales, es decir, su masa, aún se desconoce. Aunque el modelo estándar de la física de partículas predice que los neutrinos no tenían masa, observaciones probar que los neutrinos tienen que tener una masa muy pequeña. Mediante el estudio de masas de los neutrinos, los científicos exploran tanto la física más allá de este modelo estándar de otro modo tan exitoso. Hasta ahora, sólo los límites superiores de la masa de los neutrinos podrían ser determinados, lo que confirma que sea pequeña. Esto hace que una medición directa de masas una tarea difícil, pero la espectroscopia de emisión beta radiactivo o captura de electrones en núcleos adecuados es uno de los enfoques más prometedores. Toda radiación emitida en la desintegración radiactiva se puede medir con precisión, con la excepción de la de neutrinos fugaz, que escapa a la detección. La masa de neutrinos este modo se deduce de la comparación de la suma de toda la radiación detectable a la disponible para la descomposición.

Un isótopo artificial de holmio, con número de masa 163, está en el foco de varios grandes colaboraciones destinadas a la extracción de la masa de los neutrinos a partir de mediciones de la energía emitida en la captura de electrones descomposición of163Ho a la stable163Dy. Actualmente en la delantera es la colaboración de eco, centrada en la Universidad de Heidelberg. Una aclaración previa en relación con los diversos valores reportados para the163Ho energía de desintegración es obligatorio. Los valores que abarcan todo el rango bastante grande de alrededor de 2.400 a 2.900 voltios de electrones (eV) se han publicado en las últimas décadas a partir de mediciones indirectas a cabo utilizando diferentes métodos. El valor recomendado en las tablas de datos se encuentra en el extremo inferior de esta banda, pero los resultados más recientes son unos 100 eV mayor que esta duda colada valor recomendado sobre su validez. En esta situación, un intento de medir la masa de los neutrinos de the163Ho decae es cuestionable.

Para resolver este rompecabezas, un equipo de físicos, químicos, y los ingenieros de Alemania, Rusia, Suiza y Francia combinado su experiencia e instrumentación único: Mientras disprosio natural contiene suficientes cantidades of163Dy, muestras of163Ho, lo que no ocurre en la naturaleza, en primer lugar tenía a prepararse a partir de erbio natural, enriquecido in162Er por irradiación neutrónica intensa en el reactor de investigación de alto flujo en el Instituto Laue-Langevin INAT Grenoble en Francia. purificación y procesamiento de las muestras se realizó en el Instituto Paul Scherrer Villigen en Suiza y en la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia.

La diferencia de masa atómica of163Ho and163Dy se midió directamente utilizando el espectrómetro de masas de trampa de Penning-SHIPTRAP en el Centro Helmholtz GSI para la Investigación de Iones Pesados ??de Darmstadt. Sobre la base de la equivalencia entre masa y energía según la famosa ecuación de Einstein E = mc 2, la diferencia de masa se traduce en la energía disponible para la descomposición. “Para determinar las masas de holmio y disprosio, que mide las frecuencias de movimiento circular de su ion en el campo magnético fuerte de la trampa de iones, utilizando la técnica novedosa-ciclotrón de resonancia de iones en fase de generación de imágenes, lo que permite mediciones con mayor precisión”, explicó el científico principal, el Dr. Sergey Eliseev, del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg. “Este movimiento circular se proyecta sobre un detector sensible a la posición de una manera que incluso pequeñas diferencias de masa se puede determinar mucho más rápidamente y con mayor precisión en comparación con los métodos anteriores.” 163Ho and163Dy se midieron alternativamente en intervalos de cinco minutos durante varios días.

Un procedimiento de promedio resultó en un valor final de la energía de desintegración de 2,833 eV con una incertidumbre de sólo unas pocas decenas de eV. Esto confirma los resultados recientes, se asienta la discrepancia de larga data, y por lo tanto proporciona la confianza para el enfoque propuesto por la Colaboración eco. “Para las estadísticas esperadas en la primera fase del experimento Echo llamada Echo-1k, financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) con una unidad de investigación, vamos a llegar a una sensibilidad por debajo de 10 eV para la masa de los neutrinos, que es más que una factor de diez por debajo del límite superior actual “, explicó el portavoz Echo Dr. Loredana Gastaldo de la Universidad de Heidelberg.

Dentro de la colaboración Echo, un grupo de investigación dirigido por el profesor Christoph E. D & # 252; llmann del Instituto de Química Nuclear, junto con sus colegas en el reactor de investigación TRIGA en la Universidad de Mainz haber sido responsable de la producción y preparación de la alimentación necesaria of163Ho. “Nuestra producción exitosa muestras of163Ho para estos estudios es un paso importante para la preparación de muestras adecuadas para una medición sensible de la masa de los neutrinos,” dijo D & # 252; llmann. “Para ello, vamos a introducir otro nivel de limpieza de las muestras. En colaboración con el grupo del profesor Klaus Wendt en el Instituto de Física de JGU, vamos a explotar el separador de masas RISIKO basada en Mainz para recibir muestras de la más alta pureza, ya que son necesarios para los experimentos previstos “.

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