Как поймать редкий распад: сканер для германиевых детекторов экспресс
Охота на редчайший распад похожа на поиск одной фальшивой монеты в груде настоящих. Нужно не только найти, но и доказать, что это не блик на металле. В эксперименте LEGEND ищут безнейтринный двойной бета-распад германия-76 — событие, которое происходит, если нейтрино является античастицей самой себе. Но детекторы из сверхчистого германия ловят и обычные частицы, прилетающие извне. Особенно мешают события на поверхности кристалла: они оставляют сигнал, похожий на искомый, но с другим временем нарастания импульса.
Чтобы научиться отличать одно от другого, построили стенд CAGE — вакуумную камеру с подвижным источником частиц. Внутри стоит коллиматор — трубка, которая выпускает узкий пучок альфа-частиц, гамма-квантов или электронов. Три мотора двигают источник, позволяя обстреливать любую точку поверхности детектора под разными углами. Так можно снять «паспорт» каждого участка: как меняется форма импульса в зависимости от места попадания.
Сканирование гамма-квантами с энергией 59,5 кэВ показало: у событий у края детектора время нарастания импульса больше, чем у центра. Это как эхо в комнате: у стен звук возвращается иначе, чем в середине. Такой признак позволит отбрасывать лишние события в данных LEGEND и повысить шанс увидеть тот самый редкий распад.
Германий-76 имеет период полураспада около 1,8×$10^{21}$ лет — это в сто миллиардов раз больше возраста Вселенной. Если бы такой распад шёл быстро, мы бы никогда не дождались ни одного события.
Поиск безнейтринного двойного бета-распада напоминает сюжет «Соляриса»: герои пытаются уловить сигнал, который может быть лишь помехой, и отличить его от шума — вопрос доверия к детектору.