Эксперимент ECHo установил новые ограничения на максимально возможную массу нейтрино

Международный научный консорциум завершил очередной этап изысканий в рамках амбициозного проекта ECHo (Electron Capture in Ho-163 Experiment), целью которого является уточнение верхнего порога массы нейтрино.

Нейтрино — это фундаментальные частицы, характеризующиеся ничтожно малой массой и отсутствием электрического заряда. Из-за их крайне слабого взаимодействия с материей регистрация физических свойств этих объектов представляет собой сложнейшую экспериментальную задачу. Установление точной массы нейтрино способно стать фундаментом для разработки теоретических моделей, выходящих за рамки Стандартной модели, и расширить наши познания об эволюционных процессах Вселенной.

В методологии эксперимента ECHo ключевое место занимает изотоп гольмий-163. В процессе радиоактивного распада это вещество поглощает электрон, в результате чего образуются нейтрон и нейтрино. Наличие массы у нейтрино провоцирует специфические микроскопические сдвиги в распределении энергии, которые фиксируются высокоточными измерительными приборами.

Для сбора данных применяются металлические магнитные калориметры последнего поколения, созданные на базе Института физики имени Кирхгофа при Гейдельбергском университете. Эти детекторы размером всего около 200 микрометров эксплуатируются при сверхнизкой температуре в 20 милликельвинов, что обеспечивает уникальную чувствительность к мельчайшим энергетическим колебаниям.

Детекторный модуль для научной программы ECHo, спроектированный и изготовленный в Институте физики имени Кирхгофа. Центр устройства занимает детекторный чип, окруженный четырьмя компонентами со сверхпроводящими квантовыми интерферометрами. Фото: ECHo Collaboration

В ходе последней серии наблюдений было зафиксировано порядка 200 миллионов актов распада гольмия-163. Полученные сведения позволили уменьшить верхний предел массы нейтрино на порядок по сравнению с ранними тестами ECHo и в два раза улучшить показатели проекта HOLMES, также использующего данный изотоп.

Координатор исследований, профессор Лоредана Гастальдо (Loredana Gastaldo), подчеркнула, что достигнутые результаты доказывают эффективность масштабирования эксперимента. В рамках перспективного этапа ECHo-LE (Large Experiment) количество активных детекторов планируется увеличить со 100 до 20 000 единиц. На реализацию данной программы уже выделено грантовое финансирование от Европейского исследовательского совета (ERC).

Проект ECHo эффективно дополняет выводы эксперимента KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment), который ранее установил наиболее жесткие ограничения по массе нейтрино. Однако ресурсы KATRIN постепенно подходят к пределу чувствительности, в то время как технология ECHo открывает принципиально новые возможности для дальнейшего прогресса.

Вычисление точных параметров массы нейтрино остается одним из наиболее приоритетных и значимых вызовов для современной фундаментальной физики.

Источник: iXBT