Как услышать распад, который тише тишины ✛ ✎

Оригинал: "Search for neutrinoless quadruple beta decay of $$^{136}$$Xe in PandaX-4T detector"
arXiv:2609.10048v1 · 2026-09-09 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Учёные целый год слушали 148 килограммов ксенона, чтобы поймать распад, который случается реже, чем раз в триллион лет, и не услышали ничего.

В шумной комнате трудно услышать, как падает иголка. Физики из коллаборации PandaX-4T целый год слушали жидкий ксенон, надеясь уловить событие ещё более тихое: распад ядра ксенона-136, при котором вылетают сразу четыре электрона, а нейтрино не появляется. Такой распад настолько редок, что в килограмме ксенона за год распался бы меньше одного атома.

Почему это важно? Обычный двойной бета-распад без нейтрино указал бы, что нейтрино — само себе античастица. Но его не нашли. Четверной распад возможен и для другого варианта, когда нейтрино отличается от античастицы. Если четверной распад найдётся, а двойной нет, это будет подсказка.

Детектор находился глубоко под землёй, где скалы гасят космический шум. Учёные собрали данные за 148,4 килограмма-года, то есть как будто один килограмм ксенона-136 слушали 148 лет. Они сравнили полученный сигнал с тем, что ожидали от распада, и с шумом от примесей, других распадов и даже солнечных нейтрино. Оказалось, что сигнала нет — только шум. Но отсутствие сигнала тоже результат. Теперь известно: если такой распад и происходит, его период полураспада больше 6,01×10²⁴ лет. Это как ждать падения иголки дольше, чем существует Вселенная, в 400 триллионов раз.

Период полураспада 6,01×10²⁴ лет в 400 триллионов раз больше возраста Вселенной. Если бы такой распад происходил, в килограмме ксенона-136 распадалось бы меньше одного атома в год.

В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня нейтрино используются для связи с инопланетной цивилизацией. Поиск редчайших распадов, таких как 0ν4β, напоминает попытки уловить почти неощутимые сигналы из глубин микромира.

T_{1/2}^{0\nu4\beta} > 6.01 \times 10^{24} \ \text{yr} \ (90\% \ \text{C.L.})
С вероятностью 90% истинный период полураспада больше указанного значения.
Учёные
Paul DiracEmilio Gino SegrèMarie CurieEnrico FermiChien-Shiung Wu
Понятия
безнейтринный двойной бета-распад бета-распад антинейтрино Катрин