Neutrinii joacă un rol extrem de important în mai multe domenii ale fizicii, de aceea, seria noastră de interviuri ce urmărește prezentarea rezultatelor cercetărilor unor proiecte implementate în instituții de cercetare din Regiunea București-Ilfov, ajunsă la episodul cu numărul 7, discută azi acest subiect. Și vă prezentăm un proiect PNRR finanțat prin Investiția I8 și implementat la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor din Măgurele.

Titlul proiectului: Studiul proprietăților neutrinilor prin utilizarea nucleelor atomice (NEPTUN). PNRR-CF264-CIFRA

Coordonator: Prof. dr. Jouni Suhonen, Uniersitatea Jyvaskyula și CIFRA

Care a fost scopul principal al proiectului, ce problematică v-ați propus să adresați prin implementarea acestuia? Neutrinii sunt particule elementare neutre care joacă un rol major în diferite domenii ale fizicii, precum fizica nucleară și a particulelor elementare, astrofizică sau cosmologie. Deși sunt a doua cea mai abundentă specie de particule din univers, proprietățile fundamentale ale neutrinilor rămân încă necunoscute, în timp ce descifrarea lor ar duce la un progres important în cunoaștere, cu consecințe majore în știință, tehnologie și societate. Proiectul NEPTUN are următoarele obiectivele generale: i) formarea unui grup de cercetare competitiv care să furnizeze instrumente și analize teoretice avansate către  comunitățile de cercetare teoretică și experimentală în fizica nucleară, fizica particulelor elementare și fizica neutrinilor; susținerea cercetării fundamentale naționale de frontieră în domenii științifice de top; iii) oferirea unor programe de pregătire și cercetare tinerilor cercetători într-un mediu înalt competitiv internațional.

Care au fost obiectivele majore ale proiectului și în ce măsură considerați că au fost atinse până la momentul de față? Vor fi ele îndeplinite odată cu finalizarea proiectului? Obiectivele specifice ale proiectului țintesc să aducă o contribuție semnificativă la  următoarele subiecte actuale: i) dezvoltarea de noi metode si modele de calcul a elementelor de matrice nucleare relevante pentru dezintegrarea beta-dublă DBD);

ii) Dezvoltarea de noi metode și coduri de calcul ale mărimilor cinematice asociate dezintegrărilor nucleare beta și dublu-beta; iii) existența neutrinilor sterili; iv) determinarea a noi limite pentru masele neutrinilor extrase din experimente de dezintegrare beta și DBD.

Considerăm că aceste obiective sunt peste 95% îndeplinite și vor fi integral îndeplinite până la sfârșitul proiectului, 30.06.2026.

Care considerați că sunt cele mai importante rezultate științifice obținute în cadrul proiectului (publicații, brevete, prototipuri etc.)?

a. Calcularea elementelor de matrice nucleare (NME) relevante pentru dezintegrarea beta-dubla. Acest subiect este de mare actualitate în studiul dezintegrării beta duble, fiind inclus și în strategia pe termen mediu și lung a cercetărilor teoretice de fizică nucleară a SUA. Grupul CIFRA a dezvoltat un model statistic nou pentru investigarea stabilității valorilor acestor NME, calculate cu trei Hamiltonieni diferiți și pentru studiul corelațiilor valorilor NME cu alte 23 de observabile experimentale. Studiul a fixat valorile cele mai probabile ale acestor NME în cazul izotopilor de ⁴⁸Ca, ⁸²Se si ¹³⁶Xe, studiați în trei experimente de studio ale dezintegrării beta duble,  derulate în cadrul unor mari colaborări internaționale.

b. Contribuții la descrierea teoretică a mărimilor cinematice asociate cu dezintegrări beta și DBD. În particular, am dezvoltat noi metode și modele de calcul avansate a factorilor de fază, spectrelor electronice, proceselor de captură electronică asociate cu dezintegrările beta și DBD.

Articole publicate (câteva exemple)

1. Z Ge,…, V.A. Sevestrean, O. Nitescu, S. Stoica, J. Suhonen, J. Kotila,… et al., High-precision measurements of the atomic mass and electron-capture decay Q value of 95Tc, Physics Letters B 859, 139094 (2024) (Springer).
2. O Niţescu, S Ghinescu, VA Sevestrean, M Horoi, F Šimkovic, S. Stoica, Theoretical analysis and predictions for the two-neutrino double electron capture of 124Xe, , Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 51 (12), 125103 (2024). (IOPScience)
3. Agnihotri A., Suhonen J., Kim, H. J., Constraints for Rare Electron-Capture Decays Mimicking Detection of Dark-Matter Particles in Nuclear Transitions, PHYSICAL REVIEW LETTERS, 133(23), 232501, 2024. DOI 10.1103/PhysRevLett.133.232501
4. Civitarese O., Kotila J., Suhonen J., Application of the particle-number projected proton-neutron QRPA to the muon capture on ¹³⁶Ba, PHYSICS LETTERS B, 866, 139495, 2025. DOI 10.1016/j.physletb.2025.139495.

Conferințe (câteva exemple)

1. MEDEX’25, Praga, 23-27 Iunie 2025

• S. Stoica, O. Nitescu and S. Ghinescu, Kinematic factors for beta and double-beta decay (invited lecture).
• J. Suhonen, M. Hellgren, Ordinary muon capture, a perfect probe of the decay (invited  lecture).
• V. Sevestrean, O. Nitescu, S. Ghinescu, Low-Q Electron-capture decays for 95Tc and 97 Tc as candidates for neutrino-mass determination.

2. “Standard Model and Beyond”, CORFU2024, 25 August – 4 Septembrie 2024, Corfu, Grecia

• Sabin Stoica (CIFRA), Weak interaction processes and beyond SM physics (invited lecture).

Care este impactul proiectului asupra resursei umane implicate în proiect? Tinerii cercetători angajați în cadrul proiectului participă la un proiect cu o tematică de mare impact – studiul proprietăților neutrinilor – în cadrul unei echipe internaționale care le oferă  un cadru excelent pentru dezvoltare profesională la un nivel competitiv internațional, deschiderea pentru abordarea de noi subiecte de cercetare în domeniu, posibilități pentru participarea în colaborări internaționale, precum și expertiza necesară pentru a participa competitiv în proiecte naționale și internaționale.

Ce elemente de noutate aduce acest proiect față de nivelul de cunoaștere existent la nivel național sau internațional? Elementele de noutate se referă la construirea unor coduri de calcul precise care  incorporează toate efectele nucleare și atomice, precum și ingredientele de calcul relevante pentru descrierea teoretică completă, precisă a părților de structură nucleară și atomică a ratelor de dezintegrare beta și dublu-beta, care să permită calcule precise ale spectrelor de electroni, caracterizări de background și interpretări de date în mari experimente internaționale.

Ce impact a avut sau estimați că va avea proiectul asupra comunității științifice (colaborări, vizibilitate, direcții noi de cercetare)? Impactul asupra comunității științifice internaționale este semnificativ. Exemple: publicații în reviste internaționale de top (clasificare WoS); citări în reviste de mare prestigiu, precum Reviews of Modern Physics, Nature, Nature science, Physics Reports, Progress in Nuclear and Particle Physics, Physical Review Letters etc.; cereri din partea unor mari experimente internaționale pentru furnizarea de informații detaliate ale rezultatelor obținute în cadrul proiectului, pe care să le folosească în calibrarea detectorilor și interpretarea datelor experimentale (CUORE, SuperNEMO, MJORANA, EXO, XENON-1T/nT, LEDZEPLIN,etc); admiterea în colectivul de autori ai publicațiilor unora din aceste experimente).

Care au fost principalele provocări/dificultăți resimțite în implementarea proiectului? Principala dificultate în implementarea proiectului a fost nefinanțarea regulată, conform contractului de finanțare, 760100/23.05.2023, încheiat intre MCID/ANC si CIFRA, care a produs perturbări relevante în implementare.

Ce urmează după finalizarea proiectului? Cum veți continua cercetarea sau valorificarea rezultatelor obținute? Ce oportunități de dezvoltare a proiectului preconizați? Acest proiect se bazează pe o colaborare între CIFRA, Universitatea din Jyvaskyula, Finlanda și CMU din SUA și este planificat a fi o bază de plecare pentru o colaborare internațională pe termen lung între grupurile menționate, care să fie susținută inclusiv prin alte cereri de finanțare ulterioare; de exemplu, prin participarea la apeluri de proiecte de cercetare, naționale (PCE, TE) și internaționale cu CERN, cu Universitatea din Zurich- MAPS, etc.

Prof. dr. Jouni Suhonen – scurtă prezentare

Jouni Suhoneneste profesor la Universitatea  din Jyvaskyula. Are cca. 400 de lucrări publicate în cele mai prestigioase reviste, incluzând: Nature News&Views, Reviews of Modern Physics, Physics Reports (Suhonen, Civitarese, Phys.Rep. 300, p123(1998) ~750 citari), Physical Review Letters, Progress Reports in Physics, Physics Letters B, Physical Review C și D, Journal of High Energy Physics etc. și o  carte: “From Nucleons to Nucleus: Concepts of Microscopic Nuclear Theory (Springer, Berlin, 2007) cu cca. 550 citări;peste 100 de conferințe invitatela conferințe internaționale din care 30 lecții plenare sau review-uri. A fost/este membru în comitete științifice internaționale: Nuclear Physics Division of the European Physical Society (EPS), Finnish Physical Society; Jyväskylä Accelerator Laboratory; CERN-Isolde; EU-FP 6 Integrated Infrastructure Initiative Consortium (ILIAS); CUPP (Centre for Underground Physics in Pyhasalmi); consilier științific pentru: Israel Science Foundation, Grant Agency, Cehia, Austrian Science Fund, Slovak Research and Development Agency, DOE-SUA; a fost membru în comitetele de organizare a peste 20 conferințe internaționale; coordonator a numeroase proiecte de cercetare finanțate de: Academy of Finland, NorFA (Nordic Institute for Advanced Studies), INTAS, EU FP6-proiectului ILIAS (Integrated Large Infrastructures for Astroparticle Science); Coordonator al Centrului de excelență: “Nuclear and Accelerator Based Programme” de la Universitatea Jyvaskyula (2006-2011 si 2012-2017);este fellowship al Fundației Alexander von Humboldt.

Material realizat în cadrul proiectului PNRR I 10 SciResCareer – Centru regional de Orientare și Consiliere în Cariera de Cercetător – București-Ilfov – de la educație preuniversitară la cercetare avansată.

Sursa foto: Market Watch