Измерив поштучно 36 млн электронов, ученые выяснили, что ошибались с массой нейтрино

Ученые из коллаборация KATRIN использовали бета-распад молекулярного трития для непосредственного измерения массы античастицы определенной разновидности нейтрино. Объединив данные первых пяти экспериментов, исследователи снизили верхний предел массы нейтрино в два раза по сравнению с предыдущим результатом. Точное измерение массы этой частицы может помочь в поисках темной материи и даже указать дорогу к новой физике.

С тех пор как почти 100 лет назад существование нейтрино — слабо взаимодействующей, незаряженной элементарной частицы — было предсказано теоретически, ученые изо всех сил пытались узнать о них больше, особенно, об их массе. Для физики масса нейтрино имеет большое значение, поскольку эта частица, будучи самой распространенной во Вселенной (на каждый атом приходится примерно миллиард нейтрино), воздействует на структуры, формирующие космическое пространство. Однако, несмотря на свое количество, нейтрино крайне сложно заметить и исследовать.

Свыше сотни ученых из шести стран охотятся на нейтрино с 2019 года в рамках программы KATRIN при Технологическом институте Карлсруэ (Германия). В опубликованной вчера статье журнала Science эта коллаборация ответственно заявила: масса нейтрино не может превышать 0,45 эВ. Это меньше одной миллиардной доли от массы протона, который находится внутри ядра каждого атома.

Новый верхний предел массы нейтрино составляет около половины значения, которое коллаборация обнародовала в 2022 году, на основе своих первых измерений, пишет Phys.

KATRIN использует масс-спектральный анализ для регистрации распада трития, радиоактивной формы водорода, которая высвобождает как электроны, так и нейтрино. Электроны и нейтрино вместе используют энергию распада трития, поэтому хитрость состоит в том, чтобы, измерив энергию электрона, получить информацию о нейтрино.

Для этого требуется измерить огромное множество электронов. Прежде чем достичь первых результатов в 2022 году, специалистам KATRIN потребовалось измерить шесть миллионов электронов. А для получения более точной цифры, объявленной в четверг, потребовалось 36 миллионов и 259 дней работы.

К концу 2025 года коллаборация намерена получить данные измерений 250 млн электронов. По словам ученых, это станет моментом истины: либо эксперимент наконец обнаружит след нейтрино, либо определит, что его масса составляет менее 0,3 эВ.

Ученые надеются, что определение массы нейтрино поможет раскрыть несколько трудноразрешимых загадок. Несмотря на свою невероятную легкость, нейтрино включены в некоторые модели, пытающиеся объяснить темную энергию — неизвестную силу, которая, как считается, движет все более быстрым расширением Вселенной.

Кроме того, KATRIN планирует создать новый детектор TRISTAN для поиска стерильных нейтрино. Эти гипотетические частицы не взаимодействуют с веществом, но имеют гораздо большую массу, чем обычные нейтрино. Как полагают некоторые ученые, эти странно тяжелые нейтрино могут оказаться частицами темной материи.

Нейтрино может также хранить тайну квантовой гравитации, отсутствующего звена между общей теорией относительности и квантовой механикой. Изучив новые данные детектора ORCA, международная команда астрофизиков не нашла признаков нейтрино, но смогла ввести более строгие ограничения на квантовую гравитацию.

Facebook0Вконтакте0WhatsApp