Eksperyment GERDA, którego badania współfinansowane są przez FNP, w ramach projektu TEAM, realizowanego przez dra hab. Grzegorza Zuzla, prowadzony jest na głębokości półtora kilometra, w górach Gran Sasso we Włoszech. Badacze obserwują w nim czyste kryształy germanu, zamrożone w ciekłym argonie. Badania mają dać odpowiedź na pytanie: Czy neutrina są swoimi własnymi antycząsteczkami? Jeśli okaże się, że tak, będziemy musieli zmienić nasze obecne rozumienie struktury materii i ewolucji Wszechświata.
Artykuł w najnowszym numerze „Science”, zatytułowany Probing Majorana neutrinos with double-β decay przedstawia wyniki dotychczasowych poszukiwań podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta w eksperymencie GERDA. Współautorem tej publikacji jest laureat FNP, dr hab. Grzegorz Zuzel z Instytutu Fizyki UJ, którego badania prowadzone m.in. w ramach eksperymentu GERDA współfinansowane są przez FNP poprzez program TEAM (projekt pt. „Radio-pure materials and technologies for science and society”).
GERDA jest detektorem, zaprojektowanym z myślą o poszukiwaniu odpowiedzi na fundamentalne pytania współczesnej fizyki cząstek elementarnych: Czy neutrina są swoimi własnymi antycząstkami (cząstkami Majorany)? Jaka jest hierarchia oraz bezwzględna skala mas neutrin? Dlaczego obecnie we Wszechświecie materia dominuje nad antymaterią? Wydaje się, iż do wyjaśnienia tych problemów znacznie zbliżyłaby nas obserwacja wspomnianego wyżej podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta.
Możliwości rejestracji podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta ograniczane są obecnością naturalnej promieniotwórczości (stanowiącej tzw. tło), która może imitować poszukiwany sygnał. W eksperymencie GERDA udało się osiągnąć niezwykle niski poziom tła. Dzięki temu GERDA jest pierwszym eksperymentem, w którym możliwy stał się pomiar czasu połowicznego zaniku podwójnego bezneutrinowego rozpadu beta dłuższego niż 1026 lat. Jest to okres o 16 rzędów wielkości dłuższy niż wiek Wszechświata.
Aby zapewnić warunki umożliwiające dokonanie precyzyjnych obserwacji i wyeliminować wpływ promieniowania kosmicznego, badania prowadzone są w laboratorium podziemnym, w tym wypadku w Gran Sasso we Włoszech. Aby maksymalnie obniżyć tło pochodzące od naturalnej promieniotwórczości konieczne jest zastosowanie wyrafinowanych technik jego redukcji. Tymi zagadnieniami zajmuje się zespół dr Zuzla w ramach realizowanego projektu TEAM. Dotyczy on opracowania nowych technik otrzymywania materiałów charakteryzujących się niezwykle małą zawartością naturalnych izotopów promieniotwórczych. Chodzi tutaj o koncentracje ponad miliard razy niższe, niż te występujące w otaczającym nas środowisku. Rejestracja tak słabych aktywności wymagała opracowania odpowiednich systemów detekcyjnych wraz ze specjalistycznymi procedurami analizy danych. Umożliwiło to osiągnięcie bardzo wysokich czułości pomiarowych, w przypadku niektórych izotopów możliwa jest obserwacja praktycznie pojedynczych rozpadów promieniotwórczych.
Wykorzystanie radio-czystych materiałów oraz dedykowanych procedur identyfikacji i eliminacji zdarzeń tła w detektorze GERDA przełożyło się bezpośrednio na uzyskaną czułość w eksperymencie.
Foto: Detektory germanowe wykorzystywane w eksperymencie GERDA. Detektory montowane są w specjalnych uchwytach wykonanych ze specjalnie wyselekcjonowanych radio-czystych materiałów (miedź, teflon, krzem, kapton).