Дослідження виконано за підтримки гранту Російського наукового фонду (РНФ) і опубліковано в журналі The Journal of Chemical Thermodynamics. Сучасна фізика протягом кілька десятиліть намагається з'ясувати природу однією з найбільш парадоксальних субатомних частинок - нейтрино.
Вперше частка була помічена на початку ХХ століття, коли при спостереженні за реакцією бета-розпаду (в результаті вивільняються електрон або позитрон) вчені виявили, що кількість енергії до протікання реакції і після не збігається, тобто не дотримується закон її збереження. Тоді швейцарський фізик Вольфгант Паулі припустив, що існують деякі невловимі частинки, які несуть із собою частину енергії.
Експериментально ця гіпотеза підтвердилася лише через 23 роки. Спочатку ці частинки хотіли назвати нейтронами, так як вони електрично нейтральні, але цей термін вже був зайнятий. Частинки отримали назву «нейтрино» - з італійського «нейтрончик». Подальше вивчення нейтрино сучасними вченими може допомогти зрозуміти природу матерії, докладніше вивчити зоряні вибухи і структуру Всесвіту. Дослідники вважають, що у Всесвіті кількість матерії переважає над кількістю антиматерії, і нейтрино допоможе пояснити причину цього дисбалансу.
Монокристали вольфрамату літію, частково заміщені молібденом, з яких будуть виготовлятися болометри для вивчення процесів пружного когерентного розсіювання нейтрино / © ІНХ СО РАН
Йдуть запеклі суперечки про те, в яку групу частинок входять нейтрино. Якщо вважати, що вони перебувають у групі майорановскіх частинок, тобто є античастинками самим собі, то у вчених з'являється можливість спостерігати за рідкісним видом бета-розпаду - подвійним бета-розпадом без нейтрино. У цьому випадку два нейтрона можуть пройти бета-розпад разом, так що нейтрино, що випускається одним нейтроном, негайно поглинається іншим нейтроном. Подібні бета-розпади ще не спостерігалися, тому сучасні вчені займаються розробкою приладів для відстеження таких явищ.
Для спостереження за бета-розпадами застосовуються болометри (прилади для вимірювання енергії випромінювання), виготовлені з високочистих кристалів, що випускають світло при поглинанні випромінювання. Одним з перспективних матеріалів для створення болометрів є монокристали молибдатов першої і другої груп таблиці Менделєєва, зокрема молибдат літію (Li2MoO4).
Крім того, молібдати і вольфрамати лужних і лужноземельних металів використовуються для вивчення пружного когерентного розсіювання нейтрино на ядрах, яке дозволяє отримати інформацію про формування Всесвіту і еволюції зірок, а також про структуру ядра і може використовуватися для моніторингу ядерних реакторів. Молібдати-вольфрамати літію містять важкі елементи (молібден і вольфрам), за рахунок чого збільшується перетин (ймовірність взаємодії) процесу пружного когерентного розсіювання нейтрино.
Вчені Інституту неорганічної хімії імені А. В. Миколаєва СО РАН (ІНХ; Новосибірськ) розробили методику вирощування нових монокристалів вольфрамату літію з невеликим заміщенням вольфраму молібденом і вивчили їх термодинамічні властивості. Монокристали вирощені з використанням нізкоградіентного методу Чохральського, при якому зростання відбувається при низьких градієнтах температур (менше одного градуса).
На основі отриманих фізико-хімічних закономірностей автори роботи намітили напрямки, в яких потрібно поліпшити функціональні властивості кристалів. Наприклад, в ході досліджень було виявлено зв'язку між енергією решітки досліджуваних монокристалів і довжиною люмінесценції, що дозволяє в подальшому передбачити напрямки зміни люмінесцентних властивостей і виростити нові перспективні монокристали. Це можна зробити за рахунок додавання інших елементів до Вольфрамат-Молібдат літію.
«Використовуючи ці монокристали, можна буде проводити експерименти з кілограмами монокристалів, а не з тоннами. Як уже зазначалося, подвійний безнейтринного бета-розпад ще не спостерігалося, і природа пружного когерентного розсіювання нейтрино атомними ядрами також недостатньо вивчена.
Тому перед матеріалознавцями усього світу стоїть завдання створювати все більше і більше високочистих матеріалів і детально вивчати їх функціональні властивості », - розповідає Ната Мацкевич, доктор хімічних наук, керівник проекту по гранту РНФ, провідний науковий співробітник лабораторії термодинаміки неорганічних матеріалів Інституту неорганічної хімії імені А. В. Миколаєва СО РАН.
Джерело: Naked Science