Ruské germanium 76 umožní vědcům nový pohled do fyziky

Pátrání po bezneutrinovém dvojitém rozpadu beta je v současnosti jedním z hlavních témat ve fyzice elementárních částic. Tento směr získal pozornost veřejnosti v roce 2015, kdy byla udělena Nobelova cena za objev oscilací neutrin.

Experiment GERDA

Ve světě probíhá několik experimentů, které zkoumají tento jev a používají k tomu detektory z různých materiálů, včetně experimentu GERDA s detektory z vysoce čistého germania (odtud také pochází jeho název: GERmanium Detector Array). Pro tento experiment je nezbytné použít izotop germanium 76, který však představuje jen 7,6 % přírodního germania. Vědci požadovali germanium o velmi vysoké chemické čistotě a s 86% obsahem izotopu germanium 76.

Obohacování germania 76 provádí jediný podnik na světě, a to Elektrochimičeskij zavod (ECHZ) sídlící v Krasnojarské oblasti na Sibiři. Tento podnik patří do společnosti TVEL, která tvoří palivovou divizi Rosatomu. Obohacené germanium bylo dodáno do německého výzkumného ústavu Max Planck Institute for Nuclear Physics v Heidelbergu, který jej dále zpracovává do podoby detektorů. Tento ústav vede konsorcium německých technických univerzit z Mnichova, Tübingenu a Drážďan, které je financováno Spolkovým ministerstvem pro vzdělávání a výzkum.

Během první fáze experimentu GERDA sice nedošlo k pozorování bezneutrinového dvojitého rozpadu beta, ale podařilo se získat slibná data. Nyní mezinárodní tým vědců připravuje v italském výzkumném ústavu Laboratori Nazionali del Gran Sasso druhou fázi projektu, která bude používat podstatně citlivější zařízení.

Pokud se během experimentu podaří pozorovat bezneutrinový dvojitý rozpad beta, což je velmi vzácný jev, bude to znamenat, že neutrino a antineutrino jsou jednou a tou samou částicí. Poprvé to předpověděl italský vědec Ettore Majorana v roce 1937, ale dosud tento jev nebyl potvrzen. Zaznamenání tohoto jevu by znamenalo, že Standardní model částicové fyziky, který popisuje jednotlivé částice a jejich vzájemné interakce, není uspokojivý a vědci musí hledat ještě obecnější principy, aby porozuměli tomu, co se dělo v prvních okamžicích po Velkém třesku.

Speciální nároky na výrobu

Germanium 76 pro experiment GERDA bylo poprvé vyrobeno závodem ECHZ v letech 2004-2005. Tím tento podnik získal zkušenosti se speciálními požadavky vědců na výrobu, skladování a přepravu materiálu. Kromě velmi přísných požadavků na chemickou čistotu a obsah požadovaného izotopu totiž vědci požadovali, aby materiál přišel do minimálního styku s kosmickým zářením, které nás běžně obklopuje. Ovlivňuje to totiž citlivost výsledného výzkumného zařízení, která v tomto případě musí být velmi vysoká.

Samotné obohacování proto probíhalo tak, že obohacovaný materiál a meziprodukty byly nad úrovní země bez stínění kosmického záření po co nejkratší dobu a materiály byly skladovány výhradně pod zemí ve speciálním odstíněném sarkofágu.

Nejprve bylo do Německa posláno několik vzorků, na kterých si vědci ověřili, že germanium 76 bude mít požadované chemické vlastnosti. Potom proběhla vlastní výroba za speciálních podmínek a podobně speciální byla i přeprava. Zhruba 6700 km z východní části Ruska do Německa urazilo germanium na nákladním automobilu ve speciálním odstíněném kontejneru, který byl vyroben v Rusku před několika lety a v Německu byl pro tento účel modernizován.