В нескольких словах
Эксперимент Katrin позволил установить новый, более точный верхний предел массы нейтрино, приблизившись к пониманию фундаментальных свойств этой элементарной частицы и ее роли в устройстве Вселенной.
Масштабный эксперимент позволил получить самое точное измерение массы нейтрино
Масштабный эксперимент позволил получить самое точное измерение массы нейтрино, последней элементарной частицы, массу которой еще предстоит измерить подобным образом. Исследование показало, что масса этой частицы составляет 0,45 электронвольт (эВ), что в миллион раз меньше массы второй по легкости субатомной частицы – электрона.
Новые данные получены в ходе эксперимента Katrin
Новые данные получены в ходе эксперимента Katrin (Эксперимент с тритием нейтрино в Карлсруэ, Германия) и опубликованы в журнале Science. Результаты устанавливают верхний предел массы этой неуловимой частицы, но пока не позволяют определить ее точно.
Нейтрино – вторая по распространенности частица во Вселенной после фотона. Каждую секунду около 100 триллионов нейтрино проходят сквозь нас, не вызывая никаких изменений. Эта «частица-призрак» не имеет заряда и редко взаимодействует с другими частицами, что позволяет ей путешествовать по Вселенной миллиарды лет. Это делает ее интересным объектом для ученых, изучающих самые мощные явления в космосе, такие как черные дыры и звездные взрывы, которые генерируют эти частицы. Нейтрино также являются посланниками из начала Вселенной, появившимися еще до возникновения света. Каждый кубический сантиметр космоса содержит около 300 нейтрино, возникших после Большого взрыва 13,7 миллиарда лет назад.
Масса нейтрино – одна из главных загадок современной физики. Стандартная модель, описывающая обычную материю, состоит из 17 элементарных частиц. Эта модель предполагает, что масса нейтрино равна нулю. Однако известно, что это невозможно. Нейтрино существует в трех формах, и по мере движения они меняют свою форму. Эта осцилляция означает, что по крайней мере одна из форм имеет массу, какой бы маленькой она ни была.
Сердце Katrin – спектрометр длиной 24 метра и шириной 10 метров, крупнейший на Земле. Установка представляет собой огромную вакуумную камеру, в которую вводят тритий – радиоактивный газ. Этот материал распадается, превращая один из своих нейтронов в протон и испуская электрон и нейтрино. Последнюю частицу невозможно обнаружить, но ее массу можно вычислить, определив энергию электрона и предположив, что недостающая часть – это масса нейтрино.
В течение 259 дней в период с 2019 по 2021 год коллаборация Katrin из Германии, Великобритании, Чехии и США измерила энергию примерно 36 миллионов электронов, что в шесть раз больше, чем в предыдущих исследованиях. Результаты определили самый строгий верхний предел массы нейтрино – 0,45 электронвольт, с уровнем достоверности 90%. Это третье уточнение верхнего предела массы этой частицы.
Физик Лоредана Гастальдо пишет, что кампания Katrin по измерению массы нейтрино завершится в 2025 году после достижения 1000 дней сбора данных. Анализ всего набора данных позволит оценить эффективную массу электронного нейтрино около значения 0,3 электронвольт с уровнем достоверности 90%. Эти измерения могут позволить узнать, существуют ли гипотетические частицы, такие как стерильное нейтрино, а также нейтрино, появившиеся с рождением Вселенной.
Физик Хуанде Зорноза объясняет, что это новое ограничение «важно», поскольку нейтрино является фундаментальной и очень распространенной частицей. Важно знать все ее свойства, и масса – одно из самых важных. Масса – одна из самых аномальных характеристик нейтрино, потому что она очень мала. Понимание этого может указать на другой механизм приобретения массы, чем у других частиц. Результат, представленный, устанавливает верхний предел, а для измерения массы нужны дополнительные данные.
