Ученые физического факультета выяснили почему результаты нейтронных экспериментов расходятся

Сотрудники физического факультета и Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В.Ломоносова выяснили причину значительного расхождения результатов фотонейтронных экспериментов. Результаты их исследований были опубликованы в журналах The European Physical Journal A и EPJ Web of Conferences.

Все статьи относятся к продолжению серии исследований по проблеме фотоядерных исследований. Проблема заключается в существенных, до 100%, расхождениях результатов разных экспериментов, которые выполняются на пучках гамма-квантов — фотонов большой энергии (больше десяти килоэлектронвольт). Подавляющее большинство данных по сечениям — вероятности протекания — фотонейтронных реакций с разным множеством продуктов на большом числе ядер было получено в двух лабораториях. Ученые использовали разные реализации одного и того же метода, существенно меняя условия экспериментов. Это приводило к систематическим расхождениям их результатов, намного превышающим их статистические погрешности.

Ранее авторы показали, что во многом такие систематические погрешности могут быть связаны с эффективностью использованных нейтронных детекторов, которая меняется в зависимости от энергии нейтронов. Поэтому возникли новые вопросы о достоверности экспериментальных данных и причинах расхождений, потребовалась разработка методов их преодоления.

«В этих работах реализуются два разных подхода к решению проблемы. Предпринимается попытка экспериментально избежать недостатки использованных ранее методов разделения нейтронов по множественности путем использования нового нейтронного детектора, эффективность регистрации которого практически не зависит от энергии нейтронов. Показано, что обсуждаемые данные не удовлетворяют новым объективным физическим критериям достоверности, и предлагается вместо таких данных использовать более достоверные данные, оцененные в рамках нового метода с использованием физических критериев достоверности», — рассказал один из авторов работ Владимир Варламов, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела электромагнитных процессов и взаимодействия атомных ядер Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ.

Исследования парциальных фотонейтронных реакций ученые выполнили с помощью нового детектора для ядер ⁹Be и ²⁰⁹Bi. Ученые получили сечения реакций с различной множественностью нейтронов, которые удовлетворяют критериям достоверности. Дополнительно в работе авторы описали результаты исследования для нескольких ядер фотонных силовых функций, которые позволяют достоверно единым образом объяснить соотношении взаимно-обратных реакций. Также ученые провели то же самое исследование конкретно для ядра ⁵⁹Co, которое считается относительно легким. Из-за легкости определение реакции по множественности проводится с дополнительными систематическими погрешностями. Ученые выяснили, что именно это является причиной существенных расхождений результатов двух экспериментов, выполненных в одной лаборатории, но с помощью разных методов.

Исследования достоверности экспериментальных фотонейтронных данных авторы проводили с помощью объективных физических критериев достоверности, которые представляют собой отношения сечений некоторых реакций, которые по определению не могут превышать соответствующих абсолютных значений. Превышение такими отношениями соответствующих верхних пределов означает, что те или иные сечения реакций были получены недостоверно, вследствие наличия в методах их определения существенных систематических погрешностей. При использовании специального метода оценки, основанного на критериях достоверности, обсуждается проблема достоверности экспериментальных данных по сечениям реакций для ядер ⁶⁵Cu, ⁸⁹Y, ⁹¹Zr, ¹¹⁶Sn, ¹⁵⁹Tb, ¹⁹⁷Au.

«Результаты выполненных исследований вместе с некоторыми аналогичными (для других ядер) результатами, полученными ранее, и теми, что будут выполнены в дальнейшем, позволят получить достоверные сечения различных фотоядерных реакций на разных ядрах, которые будут соответствовать объективным физическим критериям достоверности. Это позволит уточнить оценки некоторых физических эффектов, определяющих основные характеристики электромагнитных взаимодействий, проверить соотношения теоретических моделей, описывающих эти взаимодействия, уточнить и получить новые характеристики фотоядерных процессов, используемых в разнообразных приложениях», — заключил ученый.