Это тот случай, когда уменьшение — очень хорошая новость.
Нейтрино — самые распространенные частицы во Вселенной. Не имея электрического заряда и обладая крайне малой массой, они способны проникать почти через все, и каждую секунду через каждого из нас проходят триллионы таких частиц. Определение малой массы нейтрино остается одной из ключевых задач в физике, и мы все еще не знаем точно, насколько они легкие — но новые исследования значительно сократили область нашего незнания.
Коллаборация KATRIN улучшила свой предыдущий результат в два раза. Согласно данным эксперимента, эффективная масса электронного нейтрино не может превышать 0,45 электронвольта, что эквивалентно 8×10⁻³⁷ килограмма. Это соотношение между 1 граммом и массой 40 000 Солнц. Да, нейтрино действительно настолько крошечные.
«Кампания по измерению массы нейтрино в эксперименте KATRIN завершится в 2025 году после 1000 дней сбора данных», — пишет Лоредана Гасталдо в статье в журнале Science. «Анализ полного набора данных, полученных в рамках этого масштабного проекта, позволит оценить эффективную массу электронного нейтрино на уровне, близком к прогнозируемому значению 0,3 эВ с уровнем достоверности в 90%».
Текущее измерение основано «всего» на 259 днях измерений, в ходе которых команда проанализировала колоссальные 36 миллионов электронов. Как мы уже сказали, нейтрино крайне сложно изучать напрямую, поэтому в эксперименте KATRIN их исследуют косвенным образом. Для этого используется более тяжёлая версия водорода, называемая тритием, которая вместо одного электрона и одного протона состоит из одного электрона, одного протона и двух нейтронов.
Тритий радиоактивен и превращается в гелий-3. При этом один нейтрон превращается в протон, высвобождая один электрон и одно антинейтрино — антиматериальную версию нейтрино. Антинейтрино обладает теми же свойствами, что и обычное нейтрино, включая массу, но имеет противоположное спиновое состояние. При превращении трития в гелий-3 выделяется энергия, которая уносится электроном и антинейтрино.
В эксперименте KATRIN частицы проходят через структуру длиной 70 метров, где энергия электронов измеряется с помощью спектрометра массой 200 тонн. Недостающая энергия из процесса превращения приходится на антинейтрино, так что расчет массы довольно прост. Сложность заключается в самих измерениях. Для достижения высокой точности требуются миллионы измерений, и именно поэтому данное исследование основано на 36 миллионах электронов. Когда эксперимент завершит сбор данных позже в этом году, общее число проанализированных электронов достигнет 250 миллионов.
Изначальная Стандартная модель физики элементарных частиц — теория, лежащая в основе большинства физических явлений, — не предполагала, что нейтрино обладают массой. Чтобы исправить это, пришлось внести специальные корректировки. Понимание массы нейтрино может привести нас к следующей теории, выходящей за рамки Стандартной модели.
Статья, сообщающая о результатах, опубликована в журнале Science.
Читайте также: Новый детектор нейтрино наконец-то запущен, и он может перевернуть наше представление о физике
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.