​Российские ученые вырастили новые монокристаллы на основе вольфрамата лития с молибденом, с помощью которых можно исследовать упругое когерентное рассеяние нейтрино на ядрах. Оно позволяет получить информацию о формировании Вселенной и эволюции звезд, а также о структуре ядра и может использоваться для мониторинга ядерных реакторов. Кристаллы обладают необходимыми для исследований свойствами – устойчивостью, высоким качеством и не содержат примесей. 

 
монокристаллы_Ната_Мацкевич.jpg 
Монокристаллы молибдата лития, из которых изготавливают болометры для поиска двойного безнейтринного бета распада / ©Ната Мацкевич / ИНХ СО РАН​ 

 
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале The Journal of Chemical Thermodynamics. Современная физика в течение несколько десятилетий пытается выяснить природу одной из самых парадоксальных субатомных частиц — нейтрино. 
 

 
Впервые частица была замечена в начале ХХ века, когда при наблюдении за реакцией бета-распада (в результате высвобождаются электрон или позитрон) ученые обнаружили, что количество энергии до протекания реакции и после не совпадает, то есть не соблюдается закон ее сохранения. Тогда швейцарский физик Вольфгант Паули предположил, что существуют некоторые неуловимые частицы, которые уносят с собой часть энергии. 

 
Экспериментально эта гипотеза подтвердилась только спустя 23 года. Изначально эти частицы хотели назвать нейтронами, так как они электрически нейтральны, но этот термин уже был занят. Частицы получили название «нейтрино» — с итальянского «нейтрончик». Дальнейшее изучение нейтрино современными учеными может помочь понять природу материи, подробнее изучить звездные взрывы и структуру Вселенной. Исследователи считают, что во Вселенной количество материи преобладает над количеством антиматерии, и нейтрино поможет объяснить причину этого дисбаланса. 

 
монокристаллы_вольфрам.jpg Монокристаллы вольфрамата лития, частично замещенные молибденом, из которых будут изготавливаться болометры для изучения процессов упругого когерентного рассеяния нейтрино / ©Ната Мацкевич / ИНХ СО РАН 
​​
Идут ярые споры о том, в какую группу частиц входят нейтрино. Если считать, что они находятся в группе майорановских частиц, то есть являются античастицами самим себе, то у ученых появляется возможность наблюдать за редким видом бета-распада — двойным бета-распадом без нейтрино. В этом случае два нейтрона могут пройти бета-распад вместе, так что нейтрино, испускаемое одним нейтроном, немедленно поглощается другим нейтроном. Подобные бета-распады еще не наблюдались, поэтому современные ученые занимаются разработкой приборов для отслеживания таких явлений. 

 
Для наблюдения за бета-распадами применяются болометры (приборы для измерения энергии излучения), изготовленные из высокочистых кристаллов, испускающих свет при поглощении излучения. Одним из перспективных материалов для создания болометров являются монокристаллы молибдатов первой и второй групп таблицы Менделеева, в частности молибдат лития (Li2MoO4). 

 
Кроме того, молибдаты и вольфраматы щелочных и щелочноземельных металлов используются для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино на ядрах, которое позволяет получить информацию о формировании Вселенной и эволюции звезд, а также о структуре ядра и может использоваться для мониторинга ядерных реакторов. Молибдаты-вольфраматы лития содержат тяжелые элементы (молибден и вольфрам), за счет чего увеличивается сечение (вероятность взаимодействия) процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино. 

 
Ученые Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН (ИНХ; Новосибирск) разработали методику выращивания новых монокристаллов вольфрамата лития с небольшим замещением вольфрама молибденом и изучили их термодинамические свойства. Монокристаллы выращены с использованием низкоградиентного метода Чохральского, при котором рост происходит при низких градиентах температур (меньше одного градуса). 

​​​На основе полученных физико-химических закономерностей авторы работы наметили направления, в которых нужно улучшить функциональные свойства кристаллов. К примеру, в ходе исследований были обнаружены связи между энергией решетки изучаемых монокристаллов и длиной люминесценции, что позволяет в дальнейшем предсказать направления изменения люминесцентных свойств и вырастить новые перспективные монокристаллы. Это можно сделать за счет добавления других элементов к вольфраматам-молибдатам лития. 

«Используя эти монокристаллы, можно будет проводить эксперименты с килограммами монокристаллов, а не с тоннами. Как уже отмечалось, двойной безнейтринный бета-распад еще не наблюдался, и природа упругого когерентного рассеяния нейтрино атомными ядрами также недостаточно изучена. 

Поэтому перед материаловедами всего мира стоит задача создавать все больше и больше высокочистых материалов и детально изучать их функциональные свойства», — рассказывает Ната Мацкевич, доктор химических наук, руководитель проекта по гранту РНФ, ведущий научный сотрудник лаборатории термодинамики неорганических материалов Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН. 
 

Источники

Контролировать ядерные реакторы помогут новые кристаллы
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 17/02/2021
Физики создали кристаллы для поисков самых редких ядерных распадов
ТАСС, 17/02/2021
Контролировать ядерные реакторы помогут новые кристаллы
Газета.Ru, 17/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино - Naked Science
Naked Science (naked-science.ru), 17/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Seldon.News (news.myseldon.com), 17/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 17/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 17/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино - Naked Science
Naked Science (naked-science.ru), 17/02/2021
Контролировать ядерные реакторы помогут новые кристаллы
Vesti76.ru, 17/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Научная Россия (scientificrussia.ru), 17/02/2021
Физики вырастили кристаллы для наблюдения за состоянием ядерных реакторов
Anonsens.ru, 17/02/2021
Контролировать ядерные реакторы помогут новые кристаллы
Gazeta-News (gazeta-news.ru), 18/02/2021
Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино
Полит.ру, 18/02/2021
Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино
Newsrk.ru, 18/02/2021
Новые кристаллы помогут физикам в поисках редких ядерных распадов
Центральная Служба Новостей (csn-tv.ru), 18/02/2021
Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино
Perm Daily (permdaily.ru), 18/02/2021
Физики создали кристаллы для поисков самых редких ядерных распадов
Российский научный фонд (rscf.ru), 18/02/2021
Физики создали кристаллы для поисков самых редких ядерных распадов
Российский научный фонд (рнф.рф), 18/02/2021
Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино
Newspotok.ru, 18/02/2021
Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино
News-Life (news-life.pro), 18/02/2021
Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино
Russia24.pro, 18/02/2021
"Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино"
Ivest.kz, 18/02/2021
Высокочистые материалы Новые монокристаллы помогут исследовать нейтрино
ИА ИНВУР (invur.ru), 19/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 19/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 21/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Индикатор (indicator.ru), 21/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
MSN (msn.com), 21/02/2021
Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино
Nanonewsnet.ru, 20/02/2021

Похожие новости

  • 30/03/2021

    Газовые гидраты: наука и применение

    ​Почему важно изучать гидраты, каким может быть их практическое применение и как они влияют на потепление климата Земли, «Ъ-Науке» рассказывает доктор химических наук, главный научный сотрудник Института неорганической химии Сибирского отделения РАН Андрей Манаков.
    511
  • 14/12/2020

    Новосибирские ученые разработали технологию формирования наноприборов для нейроморфных систем и нанофотоники

    В новой работе исследователи значительно развили свой подход формирования наноприборов, добившись управляемого синтеза высококачественных монокристаллов диоксида ванадия (VO2) на трехмерных наноструктурах кремния, а также селективного роста массивов наноколец.
    612
  • 21/10/2020

    ИК СО РАН и МИСиС создали совместную лабораторию

    ​В НИТУ «МИСиС» создана научно-исследовательская лаборатория MISIS Catalysis Lab, созданная совместно с Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (г. Новосибирск). Основное направление деятельности — решение практических задач в области химического синтеза, промышленного катализа и аддитивных технологий.
    604
  • 14/12/2020

    Онлайн-семинар ИВМиМГ СО РАН по численному моделированию природных процессов

    ​​15 декабря 2020 года в 16.00 онлайн состоится заседание семинара ИВМиМГ СО РАН "Численные методы прямого и обратного моделирования природных процессов", д.ф.-м.н. Иван Гаврилович Казанцев сделает доклад "Прямое и обратное моделирование в задачах эмиссионной томографии и трансмиссионной электронной микроскопии".
    1053
  • 08/04/2021

    Ученые Красноярского научного центра СО РАН расскажут школьникам про профессии будущего и первые шаги в науку

    Краевой фонд науки подвел итоги конкурса по организации проведения мероприятий по профессиональной ориентации молодежи. Два проекта ученых КНЦ СО РАН, нацеленных на привлечение школьников в науку, получили поддержку фонда.
    361
  • 11/02/2021

    И женское дело тоже: три истории новосибирских женщин-учёных

    ​​Возможность получать такое же образование, какое получают мужчины, у женщин появилась относительно недавно. В России, например, всего 103 года назад — после революции. Тем не менее женщины наукой всегда не просто интересовались, а двигали прогресс вперёд и совершали настоящие открытия.
    646
  • 25/02/2021

    Новосибирские химики создали полностью твердотельное электрохимическое устройство

    ​​Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН в коллаборации со специалистами из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН получили композиционный твердый электролит с высокой проводимостью.
    628
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    3028
  • 09/11/2020

    Квантовый шум: обзор новостей из мира элементарных частиц

    ​Специалисты в области субатомной физики не унимаются: в последние полгода они расщепляли ядра, двигали зеркала квантовым шумом, ловили протоны и делали множество других интересных вещей. Мы подготовили очередной обзор новостей из мира элементарных частиц.
    560
  • 29/12/2020

    Более 200 миллионов человек узнали об исследованиях ученых ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН»

    В 2020 году новости об исследованиях ученых Красноярского научного центра СО РАН увидели более 200 миллионов человек. Самыми заметными в СМИ научными результатами стали новая гипотеза о природе Тунгусского метеорита, создание теста на клещевой энцефалит на основе светящейся бактерии и обнаружение тепловых аномалий в мерзлоте после пожаров на севере Красноярского края.
    1090