Cryogenic Detectors for Rare Alpha Decay Search: A New Approach

The detection of $$^{148}$$ Sm alpha decay with a precise measured half-life of $$\left( {6.4_{-1.3}^{+1.2} }\right) \times 10^{15}y$$ and a Q-value of 1987.3 $$\pm$$ 0.5 keV was achieved by a new experimental approach, where a conventional ZnWO $$_{4}$$ scintillating crystal doped with enriched $$^{148}$$ Sm isotope is operated as a cryogenic scintillating bolometer (phonon and light channel) at mK-temperatures

Parity Mixed Doublets in A = 36 Nuclei

The $\gamma$-circular polarizations ($P_{\gamma}$) and asymmetries ($A_{\gamma}$) of the parity forbidden M1 + E2 $\gamma$-decays: $^{36}Cl^{\ast} (J^{\pi} = 2^{-}; T = 1; E_{x} = 1.95$ MeV) $\rightarrow$ $^{36}Cl (J^{\pi} = 2^{+}; T = 1; g.s.)$ and $^{36}Ar^{\ast} (J^{\pi} = 2^{-}; T = 0; E_{x} = 4.97$ MeV) $\rightarrow$ $^{36}Ar^{\ast} (J^{\pi} = 2^{+}; T = 0; E_{x} = 1.97$ MeV) are investigated theoretically. We use the recently proposed Warburton-Becker-Brown shell-model interaction. For the weak forces we discuss comparatively different weak interaction models based on different assumptions for evaluating the weak meson-hadron coupling constants. The results determine a range of $P_{\gamma}$ values from which we find the most probable values: $P_{\gamma}$ = $1.1 \cdot 10^{-4}$ for $^{36}Cl$ and $P_{\gamma}$ = $3.5 \cdot 10^{-4}$ for $^{36}Ar$.Comment: RevTeX, 17 pages; to appear in Phys. Rev.

Parity Violation in Proton-Proton Scattering

Measurements of parity-violating longitudinal analyzing powers (normalized asymmetries) in polarized proton-proton scattering provide a unique window on the interplay between the weak and strong interactions between and within hadrons. Several new proton-proton parity violation experiments are presently either being performed or are being prepared for execution in the near future: at TRIUMF at 221 MeV and 450 MeV and at COSY (Kernforschungsanlage Juelich) at 230 MeV and near 1.3 GeV. These experiments are intended to provide stringent constraints on the set of six effective weak meson-nucleon coupling constants, which characterize the weak interaction between hadrons in the energy domain where meson exchange models provide an appropriate description. The 221 MeV is unique in that it selects a single transition amplitude (3P2-1D2) and consequently constrains the weak meson-nucleon coupling constant h_rho{pp}. The TRIUMF 221 MeV proton-proton parity violation experiment is described in some detail. A preliminary result for the longitudinal analyzing power is Az = (1.1 +/-0.4 +/-0.4) x 10^-7. Further proton-proton parity violation experiments are commented on. The anomaly at 6 GeV/c requires that a new multi-GeV proton-proton parity violation experiment be performed.Comment: 13 Pages LaTeX, 5 PostScript figures, uses espcrc1.sty. Invited talk at QULEN97, International Conference on Quark Lepton Nuclear Physics -- Nonperturbative QCD Hadron Physics & Electroweak Nuclear Processes --, Osaka, Japan May 20--23, 199

ᵃʳᶜʰPbWO₄ with improved optical parameters from archaeological lead

Technological principles of manufacturing a lead tungstate crystal from archaeological lead for use in low-background experiments to search for rare events are presented. The influence of the conditions for obtaining single crystals of ᵃʳᶜʰPbWO₄ on the photochromic effect in single crystals is investigated. By minimizing deviations from the stoichiometric composition, it was possible to improve the optical parameters of the lead tungstate single crystal. Single crystals with improved optical parameters have been obtained using double crystallization and the introduction of an excess of ᵃʳᶜʰPbO, which makes it possible to consistently influence various defects in crystals of ᵃʳᶜʰPbWO₄.Наведено технологічні основи виготовлення кристала вольфрамату свинцю з археологічного свинцю для застосування в низькофонових експериментах із пошуку рідкісних подій. Досліджено вплив умов одержання монокристалів ᵃʳᶜʰPbWO₄ на фотохромний ефект у монокристалах. Шляхом мінімізації відхилень від стехіометричного складу вдалося поліпшити оптичні параметри монокристала вольфрамату свинцю. Одержані монокристали із застосуванням подвійної кристалізації та введенням надлишку ᵃʳᶜʰPbO дозволяють послідовно впливати на різні дефекти в кристалах ᵃʳᶜʰPbWO₄ з покращеними характеристиками.Приведены технологические основы изготовления кристалла вольфрамата свинца из археологического свинца для применения в низкофоновых экспериментах по поиску редких событий. Исследовано влияние условий получения монокристаллов ᵃʳᶜʰPbWO₄ на фотохромный эффект в монокристаллах. Путем минимизации отклонений от стехиометрического состава удалось улучшить оптические параметры монокристалла вольфрамата свинца. Полученные монокристаллы с применением двойной кристаллизации и введением избытка ᵃʳᶜʰPbO позволяют последовательно влиять на различные дефекты в кристаллах ᵃʳᶜʰPbWO₄ с улучшенными характеристиками

Overview of Sun photometer measurements of aerosol properties in Scandinavia and Svalbard

An overview on the data of columnar aerosol properties measured in Northern Europe is provided. Apart from the necessary data gathered in the Arctic, the knowledge of the aerosol loading in nearby areas (e.g. sub-Arctic) is of maximum interest to achieve a correct analysis of the Arctic aerosols and transport patterns. This work evaluates data from operational sites with sun photometer measurements belonging either to national or international networks (AERONET, GAW-PFR) and programs conducted in Scandi- navia and Svalbard. We enumerate a list of sites, measurement type and periods together with observed aerosol properties. An evaluation and analysis of aerosol data was carried out with a review of previous results as well. Aerosol optical depth (AOD) and Ångström exponent (AE) are the current parameters with suf␣cient long-term records for a ␣rst evaluation of aerosol properties. AOD (500 nm) ranges from 0.08 to 0.10 in Arctic and sub-Arctic sites (Ny-Ålesund: 0.09; Andenes: 0.10; Sodankylä: 0.08), and it is somewhat higher in more populated areas in Southern Scandinavia (AOD about 0.10e0.12 at 500 nm). On the Norwegian coast, aerosols show larger mean size (AE � 1.2 at Andenes) than in Finland, with continental climate (AE � 1.5 at Sodankylä). Columnar particle size distributions and related parameters derived from inversion of sun/sky radiances were also investigated. This work makes special emphasis in the joint and collaborative effort of the various groups from different countries involved in this study. Part of the measurements presented here were involved in the IPY projects Polar-AOD and POLARCAT

Research and development of alkali earth tungstate and molybdate crystal scintillators for search for rare events

Large volume ZnWO₄ scintillator with improved performance characteristics have been obtained. Due to its favorable light yield values at low temperatures and extremely low intrinsic radioactivity, zinc tungstate is a material of very good prospects for cryogenic double beta-decay and dark matter experiments. The ZnMoO₄ single crystals were produced for the first time using Czochralski technique. The suitability of this material for cryogenic rare event search experiments has been studied and identified the ways to improve the scintillation properties of the crystal have been outlined. The manufacturing methods of MgWO₄ crystals have been investigated and the manufacturing possibility by pulling from the solution-melt on a seed has been established. The experimental MgWO₄ single crystals of ca. 1 cm³ volume have been prepared for the first time and the luminescence and scintillation characteristics thereof have been measured.Отримано сцинтилятори ZnWO₄ великого об'єму з поліпшеними характеристиками. Хороші параметри світлового виходу в області низьких температур і виключно низька власна радіоактивність роблять вольфрамат цинку одним з найперспективніших матеріалів для кріогенних експериментів з пошуку подвійного бета-розпаду і темної матерії. Вперше отримано монокристали ZnMoO₄ методом Чохральського. Досліджено можливість використання цього матеріала для кріогенних експериментів з пошуку рідкісних подій та намічено шляхи поліпшення сцинтиляційних характеристик. Досліджено методи отримання кристалів MgWO₄, встановлено принципову можливість вирощування об'ємних кристалів методом витягування з розчину у розплаві на затравку. Вперше отримано експериментальні зразки монокристалів MgWO₄ об'ємом ~1 см³ і виміряно їх люмінесцентні та сцинтиляційні характеристики.Получены сцинтилляторы ZnWO₄ большого объема с улучшенными характеристиками. Хорошие параметры светового выхода в области низких температур и исключительно низкая собственная радиоактивность делают вольфрамат цинка одним из самых перспективных материалов для криогенных экспериментов по поиску двойного бетараспада и темной материи. Впервые получены монокристаллы ZnMoO₄ методом Чохральского. Исследована возможность использования этого материала для криогенных экспериментов по поиску редких событий и намечены пути улучшения сцинтилляционных характеристик. Исследованы методы получения кристаллов MgWO₄, естановлена принципиальная возможность выращивания объемных кристаллов методом вытягивания из раствора в расплаве на затравку. Впервые получены экспериментальные образцы монокристаллов MgWO₄ объемом ~1 см³ и измерены их люминесцентные и сцинтилляционные характеристики

Abnormal enhancement of light output by cation mixing in ZnxMg₁₋ₓWO₄ nanocrystals

In the paper the effect of light output increase with maximum at x = 0.5 observed previously for the mixed ZnxMg₁₋ₓWO₄ crystals is demonstrated for nanocrystals with the same composition. The enhancement of light output up to 3 times at the transition from bulk to nanosize was shown. This effect is determined by nonlinear dependence of concentration of oxygen vacancies with minimum at x = 0.5 for ZnxMg₁₋ₓWO₄ nanocrystals.