Физики добились наименьшего измерения массы призрачной частицы
Ранее в этом году распадающиеся изотопы водорода дали нам самое маленькое измерение массы нейтрино.
Измерив распределение по энергии электронов, высвобождаемых при бета-распаде трития, физики определили, что Верхний предел массы электронного антинейтрино составляет всего 0,8 электронвольта.
Это 1,6 × 10–36 кг в метрической массе и очень, очень чертовски мало в имперской.
p>
Хотя у нас все еще нет точных измерений, их сужение приближает нас к пониманию этих странных частиц, роли, которую они играют во Вселенной, и возможного влияния на наши текущие теории физики.
Достижение было достигнуто в эксперименте по тритиевым нейтрино в Карлсруэ (KATRIN) в Германии.
«Вторая кампания по измерению массы нейтрино KATRIN, представленная здесь, достигли субэлектронвольтной чувствительности», — написали исследователи в своей статье, опубликованной в феврале 2022 года.
«В сочетании с первой кампанией , мы установили улучшенный верхний предел mν
Нейтрино очень своеобразны. Они являются одними из самых распространенных субатомных частиц во Вселенной, похожих на электроны, но без заряда и почти без массы.
Это означает, что они очень редко взаимодействуют с обычным веществом; на самом деле, прямо сейчас через ваше тело проходят миллиарды.
Вот почему мы называем их призрачными частицами. Это также делает их невероятно трудными для обнаружения. У нас есть некоторые методы обнаружения, такие как детекторы черенковских нейтрино, но они косвенные, улавливающие эффекты пролетающих нейтрино, а не сами нейтрино.
Все это означает, что измерение околонулевой массы этих частиц является особенно сложной задачей.
Но если мы сможем получить измерение этого свойства, мы сможем узнать о Вселенной гораздо больше. К сожалению, это тоже очень сложно сделать. Вы не можете просто взять крошечные весы, положить на них нейтрино и закончить.
KATRIN использует бета-распад нестабильного радиоактивного изотопа водорода, называемого тритием, для исследования массы нейтрино. . В 70-метровой (230-футовой) камере газообразный тритий распадается на гелий, электрон и электронное антинейтрино, а результаты исследует огромный чувствительный спектрометр.
Поскольку нейтрино настолько призрачны, это не так. возможно их измерить. Но физики почти уверены, что частица и ее античастица имеют равномерное распределение массы и энергии; поэтому, если вы измерите энергию электронов, вы можете получить энергию нейтрино.
Вот как команда получила верхний предел в 1 электронвольт для массы нейтрино еще в 2019 году.
Чтобы уточнить этот результат, команда объединила увеличение количества распадов трития с методами уменьшения загрязнения другими типами радиоактивного распада, что привело к уточнению их верхнего предела.
«Это кропотливая и сложная работа была единственным способом исключить систематическую погрешность нашего результата из-за искажающих процессов», — заявили физики Магнус Шлёссер из Технологического института Карлсруэ и Сюзанна Мертенс из Физического института Макса Планка в Германии.
«Мы особенно гордимся нашей аналитической группой, которая приняла этот огромный вызов с большой самоотдачей и добилась успеха.»
Результат знаменует собой первый случай, когда измерения нейтрино упали ниже порога в 1 электронвольт. Это важный результат, который, хотя и не совсем точная масса, позволит ученым уточнить физические модели Вселенной.
Между тем, коллаборация продолжит попытки уточнить измерения массы Вселенной. нейтрино.
«Дальнейшие измерения массы нейтрино будут продолжаться до конца 2024 года», — заявили исследователи.
«Чтобы полностью использовать потенциал этого уникального эксперимента, мы будем неуклонно увеличивать статистику сигнальных событий и постоянно разрабатывать и устанавливать обновления для дальнейшего снижения фоновой частоты.»
Результаты опубликованы в Nature Physics.
Версия этой статьи была впервые опубликована в феврале 2022 г.
