Эксперимент NEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory), целью которого было выяснить природу нейтрино и измерить их массу, дал очень положительные результаты. Продукт обширного международного сотрудничества, включающего семь совместных лабораторий CNRS, детектор, установленный в подземной лаборатории Modane (CNRS/CEA) в дорожном туннеле Фрежюс, работал с 2003 по 2011 год. Наблюдение в семи различных изотопах чрезвычайно редкий случай радиоактивного распада, так называемый «разрешенный» двойной бета-распад, помог улучшить наше понимание атомного ядра.
Кроме того, данные, собранные в ходе поиска так называемого «запрещенного» двойного бета-распада, позволили исследователям установить диапазон (0.3-0,9 эВ) для верхнего предела массы нейтрино. Эти результаты, только что опубликованные в журнале Physical Review Letters, проливают новый свет на нейтринную физику и космологические модели. Технология, выбранная для NEMO, открывает путь для детектора SuperNEMO, который будет в 100 раз более чувствительным и, возможно, даже сможет обнаруживать так называемый «запрещенный» двойной бета-распад, что откроет новую эру в физике.
Детектор NEMO был нацелен на наблюдение чрезвычайно редкого радиоактивного явления, двойного бета-распада, которое происходит только у нескольких изотопов с периодом полураспада в 100 миллиардов раз больше возраста Вселенной. При «разрешенном» двойном бета-распаде два нейтрона одновременно превращаются в два протона, испускаются два электрона и два нейтрино. За восемь лет работы NEMO зарегистрировал миллион таких событий в семи различных изотопах, что помогло выяснить структуру атомного ядра.
Некоторые теории предсказывают существование двойного распада без испускания нейтрино. Этот распад называют «запрещенным», поскольку он нарушает Стандартную модель, на которой основана вся физика элементарных частиц. Если бы такой распад действительно существовал, это означало бы, что нейтрино является так называемой майорановской частицей, другими словами, частицей, являющейся самой себе античастицей. По мнению космологов, это может объяснить, почему материя была создана в ранней Вселенной и почему она преобладала над антиматерией. NEMO не удалось обнаружить безнейтринный двойной бета-распад. Однако собранные данные позволили установить, что верхний предел массы нейтрино должен находиться в диапазоне 0,3-0,9 эВ в зависимости от рассматриваемой ядерной модели. Это также позволило им установить наиболее точные на сегодняшний день пределы для некоторых мод безнейтринного двойного бета-распада, в частности, для суперсимметричных частиц.
Главной целью эксперимента NEMO было обнаружение чрезвычайно редкого сигнала, двойного бета-распада, который обычно скрыт рассеянным излучением и естественной радиоактивностью. Чтобы защитить его от этого фонового излучения, детектор NEMO-3 был установлен под скалой на глубине около 2000 м в дорожном туннеле Фрежюс и построен с использованием материалов с очень низкой радиоактивностью. В результате общий уровень радиоактивности внутри дектектора в 10 миллионов раз ниже естественной радиоактивности.
Другой характеристикой, которая делает прибор NEMO уникальным, является его способность идентифицировать частицы, испускаемые при двойном бета-распаде, и в то же время использовать калориметры для измерения их энергии. Качество данных, получаемых благодаря этим технологиям, открывает путь к SuperNEMO - детектору, который будет в 100 раз более чувствительным и, возможно, сможет регистрировать безнейтринный двойной бета-распад. С этим будущим инструментом, который, как ожидается, будет запущен в 2018 году, ученые надеются открыть новую физику, выходящую за рамки Стандартной модели.