Ваш вибір щодо необов'язкових файлів cookie на цьому сайті

Вебсайт використовує файли cookie, щоб надати всім користувачам найкращий досвід використання.

Ваш вибір щодо необов'язкових файлів cookie на цьому сайті

Вебсайт використовує файли cookie, щоб надати всім користувачам найкращий досвід використання.

29 Вересня 2021 17:50

Наблизити відкриття нового виду матерії

Як утворився Всесвіт, з чого складається, які принципи лежать у його основі? Відповіді на ці запитання, на переконання вчених, можна знайти, досліджуючи властивості найменших елементарних частинок – нейтрино. Ці частинки все ще залишаються найбільш загадковими, оскільки майже не взаємодіють із речовиною навколишнього світу. Більш детально «розгледіти» нейтрино допоможуть, зокрема, дослідження подвійного бета-розпаду атомних ядер, яке виконує сьогодні команда науковців Інституту ядерних досліджень НАН України. Їхній проєкт «Подвійний бета-розпад атомних ядер» переміг у конкурсі Національного фонду досліджень України «Підтримка провідних і молодих учених» і отримав фінансування в розмірі близько 6,7 мільйонів гривень.

Ім’я наукового керівника проєкту Федора Даневича добре відоме як в українській, так і в світовій науковій спільноті. Група під його керівництвом досліджує нейтрино та слабку взаємодію, подвійний бета-розпад (2β-розпад) атомних ядер, шукає частинки темної матерії та інші ефекти за рамками Стандартної моделі елементарних частинок. Учений переконаний: сьогодні людство стоїть на порозі відкриття нового виду матерії.

Запитуємо науковця: «Чому ця тема важлива? Чому людству потрібно дізнатися все чи якомога більше про нейтрино?»

– Як сказав один з провідних дослідників нейтрино, професор Франческо Віссані з Інституту Гран-Сассо в Італії, «саме під час вивчення нейтрино є надія не просто уточнювати параметри існуючих теорій, а побачити щось по-справжньому нове…», – відповів Федір Анатолійович. – Дослідження 2β-розпаду допомагають з’ясувати властивості нейтрино і слабкої взаємодії, вдосконалити Стандартну модель елементарних частинок і взаємодій, неточність якої вже доведена. Якщо вдасться знайти безнейтринну моду цього розпаду – це буде грандіозне відкриття, фактично, нового виду матерії, коли елементарна частинка ферміон буде одночасно своєю античастинкою так зване нейтрино Майорани.

Науковець і його колеги займаються дослідженнями 2β-розпаду понад тридцять років і, як скромно зазначив сам Федір Анатолійович, «уже дещо зробили в цій галузі». Зокрема, виконали пошуки 2β-розпаду більше половини потенційно 2β-активних ядер (усього їх сімдесят), взяли участь у більшості вимірювань двонейтринної моди 2β-розпаду. А це, за словами вченого, «найрідкісніший процес, зареєстрований людством».

…«почути шурхіт піщинок під ногами мурахи»…

Чого ж прагнуть досягти науковці в рамках проєкту, який фінансується за кошти грантового фінансування НФДУ?

Федір Анатолійович розповів, що завдання команди, – знайти й виміряти радіоактивний розпад атомного ядра, коли з нього одночасно вилітають два електрони (нагадаємо, це і є 2β-розпад). Зробити це дуже непросто, адже в природі постійно відбувається величезна кількість радіоактивних розпадів. А ще є неперервний потік космічних променів. Усе це створює потужний фон, який ускладнює реєстрацію рідкісного процесу. «Образно кажучи, спостерегти 2β-розпад, це, як почути шелест піщинок під ногами мурахи, яка повзе біля залізничної колії, по якій проїжджає товарняк з півсотнею навантажених щебнем вагонів», – пояснив науковець.

Але «складно» не означає «неможливо»! Учені з кращих дослідницьких лабораторій світу ведуть активні пошуки безнейтринного 2β-розпаду. «Щоб зменшити вплив космічного випромінювання, дослідницьку апаратуру доводиться розміщувати у підземних лабораторіях на глибині кількох кілометрів; оточувати багатотонними екранами; виготовляти детектори зі спеціальних матеріалів; проводити ретельний аналіз даних, щоб відокремити процес 2β-розпаду від фонів різного походження», продовжив розповідь Федір Даневич.

Коли готових приладів не існує

До речі, готових приладів для таких досліджень просто не існує, а отже, необхідно спочатку їх розробити й налагодити. Вимоги до такого обладнання – дуже жорсткі. Детектори, які здатні зареєструвати 2β-розпад, повинні мати кілька важко сумісних характеристик: містити певний ізотоп (2β-розпад якого шукають), якомога точніше вимірювати енергію електронів, розділяти близькі у часі події розпадів, відрізняти електрони від інших частинок, щоб виділити надзвичайно слабкий ефект. А також – функціонувати стабільно, адже експерименти потрібно вести роками через вкрай низьку ймовірність розпаду.

– У рамках проєкту ми шукаємо 2β-розпад кількох перспективних ядер, готуємо експериментальні методики та розробляємо методи аналізу даних для майбутніх експериментів, – зазначив пан Федір. – Значну частину роботи виконуємо завдяки міжнародній співпраці, зокрема, і у великих колабораціях CUPID та AMoRE. – Вартість таких експериментів дуже велика, і окремі лабораторії чи університети (навіть з найбагатших країн!) не можуть «потягнути» їх самотужки. До речі, під час роботи в проєкті стала в пригоді придбана за кошти грантового фінансування техніка – два ноутбуки і робоча станція, які використовуються для аналізу даних, складних розрахунків, у відрядженнях за кордоном.

У підземній лабораторії і залізній шахті 

Звісно, швидких успіхів у таких масштабних дослідженнях чекати не варто, але всі результати на цьому шляху – важливі для людства. Що ж вдалося зробити науковцям під час роботи над проєктом?

Федір Даневич відповів, що зроблено чимало. Зокрема, зібрано нову установку і розпочато експеримент з пошуку 2β-розпаду ядра кадмію 106 (вимірювання триватимуть кілька років), виконано попередній експеримент CUPID-Mo з пошуку безнейтринного 2β-розпаду ядра молібдену 100, який уже дав одне з найбільш жорстких обмежень щодо маси нейтрино.

Наступний крок у дослідженнях цього ядра – великомасштабні проєкти CUPID та AMoRE. Експеримент CUPID планується провести у підземній лабораторії Гран Сассо під горою Корно-Гранде в Італії. AMoRE – у лабораторії Ємілаб, розташованій у залізній шахті у Південній Кореї. У підготовці кожного з цих великих проєктів беруть участь приблизно по сто вчених із більш як п’ятдесяти інститутів та університетів з різних країн. За планом, підготовка експерименту має зайняти три-п’ять років, а ще п’ять-десять років триватимуть самі експерименти. Науковці з Інституту ядерних досліджень НАН України також беруть участь у цих амбіційних проєктах.

На сьогодні українські вчені вже виконали ряд важливих методичних розробок для проєктів CUPID та AMoRE (власне, саме українські вчені запропонували «родзинку» обох проєктів, а саме – використання детекторів на основі кристалів молібдату літію).

У престижному журналі «Review of Modern Physics», де за  роки незалежності України було опубліковано всього шість статей українських вчених, вийшов огляд про безнейтринне електронне поглинання.

Попереду – подальша розробка установки CUPID та AMoRE, дослідження 2β-розпаду ізотопів кадмію, неодиму, платини, а також чимало рутинної роботи з підготовки майбутніх, більш чутливих експериментів. Учені сподіваються, що їх терпіння, наполегливість та тривала праця наблизять науку до відповідей на найважливіші запитання щодо будови Всесвіту.

Результати роботи будуть опубліковані у фізичних журналах найвищого рівня, зокрема «Review of Modern Physics», «Physical Review Letters», «Physical Review C та D», «European Physical Journal A та C», «Applied Physics Letters» та ін.

Не шукати легких шляхів

Хто ж виконує проєкт? (І має так багато терпіння та наснаги проводити десятки дослідів, поступово звужуючи «коло пошуку»?).

– До нашої команди ввійшли неймовірні люди, які не уявляють життя без науки і входять у першу сотню кращих учених України: Володимир Третяк і Владислав Кобичев, –  розповів Федір Анатолійович. – Крім того, у групі четверо талановитих молодих науковців. Це Дмитро Касперович, який вже має чималий науковий доробок і встиг захистити кандидатську дисертацію, та троє аспірантів: Микола Зарицький, Володимир Клавдієнко, Назар Сокур. Для них це можливість повністю зосередитися на науковій роботі, познайомитися з організацією наукових досліджень у кращих лабораторіях за кордоном.

Колегам, які подають свої проєкти на конкурси українських та міжнародних фондів, науковець радить не шукати легких шляхів і обирати найактуальніші теми досліджень, а ще – включатися у міжнародну співпрацю, працювати з молоддю, розвивати власну матеріально-технічну базу.  І найважливіше – наполегливо працювати попри труднощі, з якими стикаються вчені в Україні.

Світлана ГАЛАТА

Інші новини

01 Жовтня 2025

ВІТАЄМО З ДНЕМ ЗАХИСНИКІВ І ЗАХИСНИЦЬ УКРАЇНИ!

18 Вересня 2025

Вісник № 14: «Українська наука – більше політичної підтримки, більше інвестицій і більше можливостей»

Під час війни підтримка союзників і міжнародних партнерів – безцінна для України. Особливо важлива міжнародна співпраця й підтримка для науковців. Чи зб

17 Вересня 2025

Інструкція з ведення моніторингової картки проєкту

Шановні грантоотримувачі! У Автоматизованій системі «Конкурс проєктів НФДУ» було запроваджено нову опцію — «Моніторинг» Звертаємо вашу увагу, що

16 Вересня 2025

ВІДПОВІДЬ НАЦІОНАЛЬНОГО ФОНДУ ДОСЛІДЖЕНЬ УКРАЇНИ НА РОЗМІЩЕННЯ ДЕРЖАУДИТСЛУЖБОЮ НЕДОСТОВІРНОЇ ІНФОРМАЦІЇ ЩОДО ДІЯЛЬНОСТІ ФОНДУ

Державна аудиторська служба України на своєму офіційному вебсайті розмістила інформаційне повідомлення, зміст якого не відповідає дійсності, ґрунтується

Представники НФДУ взяли участь у заходах в рамках українсько-німецького науково-технічного співробітництва, а також тристоронній зустрічі Україна-Німеччина-Польща

11-13 вересня 2025 року у Варшаві українська делегація на чолі із заступником Міністра освіти і науки України Денисом Курбатовим провела низку зустрічей