В эксперименте LEGEND в итальянской лаборатории Гран-Сассо в Италии установлен 101 германиевый детектор, а масса обогащенного изотопа Ge-76 впервые превысила 100 кг. Таких результатов коллаборация достигла при активном участии сотрудников Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ. Участники проекта провели подготовительные работы, необходимые для полномасштабного запуска эксперимента.

Фото: Michael Willers

Запуск эксперимента LEGEND по поиску безнейтринного двойного (0νββ) бета-распада Ge-76 летом 2022 года с четырьмя гирляндами детекторов из германия (~60 кг) позволил оценить работоспособность всех его элементов: детекторов, активного аргонового вето, электроники, систем накопления и анализа потока данных. Результаты тестирования удовлетворили коллаборацию, и в октябре было решено остановить набор данных, размонтировать установку и подготовить ее к полномасштабному старту эксперимента LEGEND. Для этого потребовалось добавить недостающие кабели, установить всю детекторную электронику, отремонтировать неисправные каналы, а также выполнить ряд других работ.

Группа ОИЯИ, прибывшая осенью в Италию, была задействована во всех этапах работ, при этом в решении некоторых задач ее роль была определяющей. Например, научный сотрудник Научно-экспериментального отдела ядерной спектроскопии и радиохимии ЛЯП (НЭОЯСИРХ) Надежда Румянцева, помимо работ, связанных с монтажом детекторов в капсюли и гирлянды, отвечала за восстановление неработающих каналов сбора света в системе активного аргонового вето, а именно массивов кремниевых фотоумножителей.

«После успешного завершения подготовительных операций мы вновь приступили к сборке установки, уже со значительно большим количеством детекторов, — отметил старший научный сотрудник НЭОЯСИРХ ЛЯП, руководитель группы ОИЯИ в проекте LEGEND Константин Гусев. — В течение недели объединенная группа ученых смонтировала внутреннюю часть аргонового вето, собрала 10 гирлянд обогащенных германиевых детекторов. На гирлянды были надеты нейлоновые кожухи, изготовленные специалистами ОИЯИ, а затем установлена внешняя часть активного вето».

В результате работ количество германиевых детекторов в эксперименте выросло до 101 единицы. Масса обогащенного изотопа Ge-76 впервые превысила 100 кг и составила ~140 кг. Для сравнения в финальной фазе предшествующего эксперимента GERDA, сумевшего поставить наилучший предел на период полураспада двойного безнейтринного бета-распада в 10²⁶ лет, измерялся всего 41 детектор с общей массой ~40 кг. В другом германиевом проекте, MAJORANA, общая масса составляла около 30 кг. В эксперименте LEGEND используются детекторы из GERDA (типа BEGe) и MAJORANA (типа PPC). И в том, и в другом случае масса детектора не превышает одного килограмма. Заметно увеличить количество исследуемого изотопа в LEGEND-200 позволило применение инновационных детекторов типа ICPC, масса которых доходит до четырех килограмм, а в среднем составляет более 2 кг. Во второй фазе эксперимента, LEGEND-1000, планируется использовать только детекторы данного типа.

В следующем году, когда оставшиеся детекторы будут готовы и добавлены в установку, масса Ge-76 в эксперименте будет доведена до финального значения в 200 кг. После пяти лет набора данных коллаборация планирует достичь расчетной чувствительности LEGEND-200 к двойному безнейтринному бета-распаду в 10²⁷ лет.