Начало целенаправленных поисков примеси массивных нейтрино в ядерных бета-распадах в лабораторных условиях можно увязывать с оригинальной работой Симпсона 1985 г., в которой было заявлено о наблюдении изгиба в спектре электронов трития в области 1.5 кэВ.
Измерения проводились с использованием Si(Li) ППД, в который тритий был внедрен путем имплантации. На основании этого наблюдения был сделан вывод о существовании нейтрино с массой 17.1 кэВ и вероятностью смешивания 3%. После этого Симпсон с соавторами опубликовал еще 2 работы: спектр электронов трития, имплантированного в сверхчистый германиевый ППД (1989) и спектр электронов 35S, снятый внешним Si(Li) ППД, без имплантации источника в детектор (тоже 1989). В приведенных работах оценка на примесь была снижена до ~0.6%, при этом подтверждалось присутствие тяжелых нейтрино с массой порядка 17 кэВ. Эти результаты привели к всплеску экспериментов, направленных на поиск таких нейтрино в распадах 14C, 63Ni, 177Lu и некоторых других элементов. В целом ряде работ были получены в основном отрицательные результаты, исключавшие выводы Симпсона. Наиболее существенное на текущий момент ограничение на примесь массивных нейтрино было получено на магнитном спектрометре в Университете Цюриха по измерениям спектра электронов 63Ni. По этим измерениям верхний предел на примесь 17-кэвных нейтрино был оценен в 0.05% на 95% уровне достоверности (1999).
С точки зрения методики обсуждаемого эксперимента наиболее интересны работы Калбфлейш и Бахран (1992-1995), в которых исследовался бета-спектр трития в газовой пропорциональной камере. Работы выполнялись с целью проверки гипотезы 17-кэвных нейтрино, поэтому в основном на наличие изгиба исследовался участок спектра от 0.8 до 3.5 кэВ. Несмотря на это, некоторые методические особенности указанной работы имеют прямое отношение к предлагаемому эксперименту. В частности, была использована смесь Ar+10%CH4 при давлении 0.5 атм; максимальная скорость счета не превышала 2000 Гц. За 500 часов измерений статистическая обеспеченность по всему спектру составила примерно 109 событий, при этом в работе не сообщается о замеченной деградации газовой смеси. Далее, отмечено наличие стеночного эффекта, который в основном проявил себя в области малых (до ~3 кэВ) энерговыделений. По этим измерениям верхний предел на примесь 17-кэвных нейтрино также был оценен в 0.2% на 90% уровне достоверности.
Следует отметить одну раннюю работу, также имеющую прямое отношение к предлагаемому эксперименту. Речь идет об измерениях массы электронного (анти)нейтрино по форме бета-спектра трития вблизи граничной энергии. В работах Б. Понтекорво с коллегами (1948, 1949) был применен цилиндрический пропорциональный счетчик с газовой смесью на основе Xe+Ar+CH4 в различных соотношениях. Активность трития в счетчике не превышала 30000 событий в минуту (500 Гц), о деградации смеси не сообщается. Также отмечается линейность шкалы и стабильность энергетического разрешения. Спектр трития исследовался в области выше 16 кэВ, ограничение на массу нейтрино составило 1 кэВ. С точки зрения методики важным моментом является также отмеченный пренебрежимо малый вклад стеночного эффекта в спектр электронов, начиная с 5 кэВ энерговыделения. И хотя численных оценок вклада стеночного эффекта не приведено, из этих работ можно сделать важный вывод о принципиальной возможности длительного набора спектра при высокой скорости счета в пропорциональном счетчике, так, что вклад от стеночного эффекта будет незначителен.
Несмотря на то, что наличие примеси нейтрино с массой 17 кэВ на уровне 0.6% было опровегнуто независимыми экспериментами, поиск массивных (стерильных) нейтрино в ядерных бета-распадах в лабораторных условиях продолжился, хотя и не с такой интенсивностью. Современные ограничения на величину примеси отражены на Рис.1 недавно вышедшего препринта, где представлены верхние пределы на значение параметра смешивания для разных масс нейтрино; рассматривается простой случай смешивания массивных стерильных нейтрино с электронным флейворным состоянием активного нейтрино. Рисунок подготовлен по опубликованным результатам лабораторных экспериментов последнего времени, в которых на основе детального анализа ядерных распадов проводился поиск примеси массивных стерильных нейтрино. На этом рисунке не представлены пределы на примесь массивных нейтрино, полученные по тритию на магнитных спектрометрах в Троицке (2012) и в Майнце (2012). Эти эксперименты были нацелены в первую очередь на регистрацию бета-спектра трития вблизи граничной энергии для точного измерения массы активного нейтрино, поэтому пределы на примесь получены для масс в диапазоне 1-100 эВ. Однако в ближайших планах этих групп (проект KATRIN как продолжение эксперимента в Майнце) стоят измерения спектра в более широком диапазоне, позволяющем поставить пределы для масс порядка нескольких кэВ.
Продолжение следует ...