⚛️ high-energy experiments

First results of the NEXT-100 detector using $^{83m}$ Kr decays

NEXT सहयोग $^{83m}$ Kr अंशांकन डेटा का उपयोग करके NEXT-100 डिटेक्टर से पहले कमीशनिंग परिणामों की रिपोर्ट करता है, जो एक फिडुशियल क्षेत्र में 4.16% FWHM का ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन प्रदर्शित करता है जो डबल बीटा क्षय ऊर्जा पर 1% से कम रिज़ॉल्यूशन तक विस्तृत होता है, जिससे प्रयोग के डिज़ाइन लक्ष्य को पूरा किया जा सकता है।

मूल लेखक: NEXT Collaboration, G. Martínez-Lema, C. Hervés Carrete, S. Torelli, M. Cid Laso, P. Vázquez Cabaleiro, B. Palmeiro, J. A. Hernando Morata, J. J. Gómez-Cadenas, C. Adams, H. Almazán, V. Álvarez, A. I.

प्रकाशित 2026-09-09

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CC BY 4.0

मूल लेखक: NEXT Collaboration, G. Martínez-Lema, C. Hervés Carrete, S. Torelli, M. Cid Laso, P. Vázquez Cabaleiro, B. Palmeiro, J. A. Hernando Morata, J. J. Gómez-Cadenas, C. Adams, H. Almazán, V. Álvarez, A. I. Aranburu, L. Arazi, I. J. Arnquist, F. Auria-Luna, S. Ayet, Y. Ayyad, C. D. R. Azevedo, K. Bailey, F. Ballester, J. E. Barcelon, M. del Barrio-Torregrosa, A. Bayo, J. M. Benlloch-Rodríguez, F. I. G. M. Borges, A. Brodoline, N. Byrnes, A. Castillo, E. Church, L. Cid, X. Cid, C. A. N. Conde, C. Cortes-Parra, F. P. Cossío, R. Coupe, E. Dey, P. Dietz, C. Echeverria, M. Elorza, R. Esteve, R. Felkai, L. M. P. Fernandes, P. Ferrario, F. W. Foss, Z. Freixa, J. García-Barrena, J. W. R. Grocott, R. Guenette, J. Hauptman, C. A. O. Henriques, P. Herrero-Gómez, V. Herrero, Y. Ifergan, A. F. B. Isabel, B. J. P. Jones, F. Kellerer, L. Larizgoitia, A. Larumbe, P. Lebrun, F. Lopez, N. López-March, R. Madigan, R. D. P. Mano, A. Marauri, A. P. Marques, J. Martín-Albo, A. Martínez, M. Martínez-Vara, R. L. Miller, K. Mistry, J. Molina-Canteras, F. Monrabal, C. M. B. Monteiro, F. J. Mora, K. E. Navarro, P. Novella, D. R. Nygren, E. Oblak, J. Palacio, A. Para, I. Parmaksiz, A. Pazos, J. Pelegrin, M. Pérez Maneiro, M. Querol, J. Renner, I. Rivilla, C. Rogero, L. Rogers, B. Romeo, C. Romo-Luque, E. Ruiz-Chóliz, P. Saharia, F. P. Santos, J. M. F. dos Santos, M. Seemann, I. Shomroni, A. L. M. Silva, P. A. O. C. Silva, A. Simón, S. R. Soleti, M. Sorel, J. Soto-Oton, J. M. R. Teixeira, S. Teruel-Pardo, J. F. Toledo, C. Tonnelé, J. Torrent, A. Trettin, P. R. G. Valle, M. Vanga, J. F. C. A. Veloso, J. D. Villamil, J. Waiton, A. Yubero-Navarro

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

उपपरमाणु दुनिया की गहराइयों में, एक दुर्लभ और रहस्यमय घटना है जिसकी भौतिकविदों दशकों से तलाश कर रहे हैं: न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा डिके (neutrinoless double beta decay)। प्रकृति के मानक नियमों के अनुसार, कुछ परमाणु दो इलेक्ट्रॉन और दो अदृश्य कण जिन्हें न्यूट्रिनो कहा जाता है, उत्सर्जित करके रूपांतरित हो सकते हैं। हालाँकि, यदि एक विशिष्ट प्रकार का न्यूट्रिनो मौजूद है—एक ऐसा जो अपना स्वयं का एंटीपार्टिकल है, जिसे मेजरना कण (Majorana particle) के रूप में जाना जाता है—तो यह प्रक्रिया बिना उन न्यूट्रिनो को छोड़े हो सकती है। इस क्षय को खोजने से ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ बदल जाएगी, जिससे यह सिद्ध होगा कि पदार्थ और प्रतिपदार्थ (matter and antimatter) आपस में हमारी सोच से कहीं अधिक गहराई से जुड़े हुए हैं। इस क्षणिक घटना को पकड़ने के लिए, वैज्ञानिकों को अत्यधिक संवेदनशीलता और सटीकता वाले डिटेक्टरों की आवश्यकता है, जो बैकग्राउंड शोर के समुद्र से एक एकल, दुर्लभ सिग्नल को अलग कर सकें। चुनौती न केवल एक पर्याप्त बड़े कंटेनर के निर्माण में है, बल्कि यह सुनिश्चित करने में भी है कि अंदर उत्सर्जित ऊर्जा के हर छोटे से छोटे अंश को पूर्ण स्पष्टता के साथ मापा जा सके।

NEXT सहयोग (NEXT collaboration) नामक शोधकर्ताओं की एक टीम एक विशेष डिटेक्टर का उपयोग करके इस चुनौती पर काम कर रही है, जो उच्च-दबाव वाली जेनन गैस (xenon gas) से भरा हुआ है। उनके नवीनतम प्रयास, NEXT-100 प्रयोग ने हाल ही में स्पेन के लाबोरेटोरियो सबटेरानियो डी कानफ्रैंक (Laboratorio Subterráneo de Canfranc) में अपने संचालन का पहला चरण शुरू किया है। यह सुविधा एक विशाल, त्रि-आयामी कैमरे के रूप में डिज़ाइन की गई है जो इलेक्ट्रॉनों के पथ को अविश्वसनीय विवरण के साथ ट्रैक कर सकती है। इसका लक्ष्य अंततः डिटेक्टर को जेनन के एक भारी, समृद्ध संस्करण से भरना और उस दुर्लभ क्षय के होने की प्रतीक्षा करना है। हालाँकि, इससे पहले कि वे इस लंबी खोज को शुरू कर सकें, उन्हें यह सिद्ध करना होगा कि मशीन बिल्कुल इच्छानुसार काम करती है। अपनी पहली प्रमुख रिपोर्ट में, टीम ने बताती है कि उन्होंने प्रदर्शन का मानचित्र बनाने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह आने वाले वर्षों के डेटा संग्रह के लिए पर्याप्त स्थिर है, ऊर्जा के एक सुरक्षित, कृत्रिम स्रोत का उपयोग करके डिटेक्टर की दृष्टि का परीक्षण कैसे किया।

मशीन का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने जेनन से भरे चैंबर में क्रिप्टन-83m (krypton-83m) नामक एक सूक्ष्म रेडियोधर्मी गैस डाली। यह गैस ऊर्जा के एक पूर्ण, ज्ञात स्रोत के रूप में कार्य करती है, जो 41.5 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट (kiloelectronvolts) के बराबर एक सटीक, सूक्ष्म ऊर्जा विस्फोट के साथ क्षय होती है। क्योंकि यह ऊर्जा इतनी कम और सुसंगत है, यह एक विश्वसनीय पैमाने के रूप में कार्य करती है जिसके विरुद्ध डिटेक्टर को मापा जा सकता है। जैसे-जैसे डिटेक्टर के आयतन में क्रिप्टोन परमाणु क्षय होते हैं, वे प्रकाश की चमक पैदा करते हैं जिसे दो अलग-अलग सेंसरों द्वारा पकड़ा जाता है। सेंसरों का एक सेट, जो सिलेंडर के एक छोर पर स्थित होता है, घटना की ऊर्जा निर्धारित करने के लिए प्रकाश की कुल मात्रा को मापता है। दूसरा सेट, जो विपरीत दिशा में सूक्ष्म लाइट सेंसरों का एक ग्रिड है, घटना के सटीक स्थान को तीन आयामों में पुनर्गठन करने के लिए प्रकाश के आकार और स्थिति को कैप्चर करता है। इन लाखों घटनाओं का विश्लेषण करके, टीम एक विस्तृत मानचित्र बना सकी कि डिटेक्टर ऊर्जा के प्रति प्रत्येक बिंदु पर कैसे प्रतिक्रिया देता है।

इस प्रारंभिक अंशांकन (calibration) के परिणाम अत्यंत उत्साहजनक थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि डिटेक्टर की प्रतिक्रिया पूरी तरह से एकसमान नहीं थी; एकत्रित किए गए प्रकाश की मात्रा इस बात पर निर्भर करती थी कि घटना कहाँ हुई थी, जो चैंबर की ज्यामिति और गैस के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के बहने के व्यवहार से प्रभावित थी। हालाँकि, डिटेक्टर के आयतन में ऊर्जा के प्रति प्रतिक्रिया का एक सुधार मानचित्र (correction map) बनाने के लिए क्रिप्टोन क्षय के डेटा का उपयोग करके, वे रीडिंग को समायोजित करने और पूरे आयतन में डिटेक्टर की दृष्टि को एकसमान बनाने में सक्षम रहे। इन सुधारों को लागू करने के बाद, टीम ने विभिन्न ऊर्जा स्तरों के बीच अंतर करने की डिटेक्टर की क्षमता को मापा, जिसे ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन (energy resolution) के रूप में जाना जाता है। डिटेक्टर के पूर्ण आयतन में, उन्होंने 4.37 प्रतिशत का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त किया। जब उन्होंने डिटेक्टर के एक केंद्रीय, सुव्यवस्थित क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित किया जो उनके भविष्य के उच्च-दबाव संचालन की स्थितियों की नकल करता है, तो रिज़ॉल्यूशन सुधरकर 4.16 प्रतिशत हो गया।

ये संख्याएँ महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे संकेत देती हैं कि डिटेक्टर अपने डिज़ाइन लक्ष्यों से बेहतर प्रदर्शन कर रहा है। टीम ने गणना की कि यदि वे न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा डिके की बहुत उच्च ऊर्जा (जो लगभग 2.458 मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट है) की तलाश करेंगे, तो डिटेक्टर का प्रदर्शन लगभग 0.5 प्रतिशत के ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन तक स्केल हो जाएगा। यह दुर्लभ सिग्नल को बैकग्राउंड शोर से प्रभावी ढंग से अलग करने के लिए आवश्यक एक प्रतिशत की दहलीज से काफी नीचे है। इसके अलावा, अध्ययन ने दिखाया कि डिटेक्टर समय के साथ उल्लेखनीय रूप से स्थिर है। तीन महीने की अवधि में, सेंसर और चैंबर के भीतर की गैस सुसंगत रही, जिसमें प्रकाश का आउटपुट दो प्रतिशत से कम भिन्न हुआ और गैस की शुद्धता इतनी उच्च बनी रही कि इलेक्ट्रॉन बिना खोए स्वतंत्र रूप से यात्रा कर सकें।

NEXT-100 डिटेक्टर के इस पहले रन की सफलता न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा डिके की खोज में एक महत्वपूर्ण कदम है। यह सिद्ध करके कि मशीन अपने आंतरिक परिदृश्य को इतनी सटीकता के साथ मैप कर सकती है और समय के साथ उस प्रदर्शन को बनाए रख सकती है, सहयोग ने प्रयोग के अगले चरण के लिए आवश्यक तकनीक को मान्य कर दिया है। टीम 2026 की शुरुआत में जेनन गैस के दबाव को उसके पूर्ण परिचालन स्तर तक बढ़ाने की योजना बना रही है, जिस समय डिटेक्टर उस दुर्लभ क्षय की लंबी खोज शुरू करने के लिए तैयार होगा। फिलहाल, डेटा पुष्टि करता है कि उपकरण न केवल सही विशिष्टताओं के साथ बनाया गया है, बल्कि यह ब्रह्मांड के सबसे गहरे रहस्यों में से एक को उजागर करने के लिए आवश्यक स्थिरता और स्पष्टता के साथ कार्य भी कर रहा है।

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