Ranije ove godine, raspadajući izotopi vodonika dali su nam do sada najmanje merenje mase neutrina.
Merenjem raspodele energije elektrona oslobođenih tokom beta raspada tricijuma, fizičari su utvrdili da je gornja granica mase elektronskog antineutrina samo 0,8 elektronvolti.
To je 1,6 × 10 –36 kilograma u metričkoj masi, a veoma, veoma jebeno malo u carskoj.
Iako još uvek nemamo precizno merenje, njegovo sužavanje nas približava razumevanju ovih čudnih čestica, uloge koje igraju u Univerzumu i uticaja koji bi mogli da imaju na naše trenutne teorije fizike.
Postignuće je postignuto u Karlsrue Tritium Neutrino eksperimentu (KATRIN) u Nemačkoj.
„Druga kampanja merenja mase neutrina KATRIN-a, predstavljena ovde, dostigla je sub-elektronvoltnu osetljivost“, napisali su istraživači u svom radu, objavljenom u februaru 2022.
„U kombinaciji sa prvom kampanjom, postavili smo poboljšanu gornju granicu od mν
Neutrini su veoma neobični. One su među najrasprostranjenijim subatomskim česticama u Univerzumu, slične elektronima, ali bez naelektrisanja i gotovo bez mase.
To znači da vrlo retko stupaju u interakciju sa normalnom materijom; zapravo, milijarde prolaze kroz vaše telo upravo sada.
Zbog toga ih nazivamo „česticama duhovima“. Takođe ih čini neverovatno teškim za otkrivanje. Imamo neke metode za detekciju – kao što su detektori neutrina Čerenkova – ali oni su indirektni, hvataju efekte neutrina u prolazu, a ne samih neutrina.
Sve ovo znači da je merenje mase ovih čestica blizu nule posebno težak izazov.
Ali, ako možemo da izmerimo ovo svojstvo, biće još mnogo toga što možemo da naučimo o Univerzumu. Nažalost, to je takođe veoma teško uraditi. Ne možete samo da zgrabite sićušnu vagu, bacite neutrino na nju i nazovete dan.
KATRIN koristi beta raspad nestabilnog radioaktivnog izotopa vodonika zvanog tricijum da bi ispitao masu neutrina. Unutar komore od 70 metara (230 stopa), gas tricijuma se raspada na helijum, elektron i elektronski antineutrino, dok ogroman, osetljiv spektrometar ispituje rezultate.
Pošto su neutrini tako sablasni, nije ih moguće izmeriti. Ali fizičari su prilično sigurni da čestica i njena antičestica imaju ravnomerno raspoređenu masu i energiju; stoga, ako merite energiju elektrona, možete izvesti energiju neutrina.
Ovako je tim dobio gornju granicu od 1 elektronvolta za masu neutrina još 2019. godine.
Da bi precizirao taj rezultat, tim je upario povećanje broja raspada tricijuma sa metodama za smanjenje kontaminacije od drugih vrsta radioaktivnog raspada, što je rezultiralo njihovom rafiniranom gornjom granicom.
„Ovaj naporan i zamršen posao bio je jedini način da se isključi sistematska pristrasnost našeg rezultata zbog procesa izobličenja“, rekli su fizičari Magnus Šloser sa Tehnološkog instituta Karlsrue i Suzana Mertens sa Instituta za fiziku Maks Plank u Nemačkoj.
„Posebno smo ponosni na naš tim za analizu koji je prihvatio ovaj ogroman izazov sa velikom posvećenošću i bio uspešan.
Rezultat označava prvi put da su merenja neutrina pala ispod praga od 1 elektronvolta. To je važan rezultat koji će, iako još uvek nije sasvim tačna masa, omogućiti naučnicima da preciziraju fizičke modele Univerzuma.
U međuvremenu, saradnja će nastaviti sa pokušajima da se preciziraju merenja mase neutrina.
„Dalja merenja mase neutrina nastaviće se do kraja 2024. godine“, rekli su istraživači.
„Da bismo iscrpili puni potencijal ovog jedinstvenog eksperimenta, stalno ćemo povećavati statistiku signalnih događaja i kontinuirano razvijati i instalirati nadogradnje kako bismo dodatno smanjili pozadinsku stopu.“
