Эксперимент KATRIN приблизил ученых к определению массы нейтрино: анализ 36 миллионов электронов достиг рекордной точности

Нейтрино — это элементарная частица, возникновение которой происходит в звездах и ядерных реакторах. Она перемещается со скоростью света и практически не вступает во взаимодействие с веществом. Выделяют три категории нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Возможность нейтрино менять свои «ароматы» свидетельствует о наличии у нее массы, но точное значение этой массы до сих пор не установлено. Определение массы нейтрино имеет значительное значение для понимания строения Вселенной, включая такие феномены, как природа темной материи. Наличие массы у нейтрино вынудило пересмотреть Стандартную модель физики элементарных частиц.

Специалисты эксперимента KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) совершили очередной прорыв в определении верхнего предела массы нейтрино. Эксперимент проводится на 70-метровой установке в Германии и использует процесс бета-распада трития, радиоактивного изотопа водорода, для исследования массы нейтрино. Во время бета-распада нейтрон ядра трития преобразуется в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино электронного типа (аналог электронного нейтрино с противоположными квантовыми свойствами).

Антинейтрино практически невидимо для веществ и фиксируется лишь косвенно. Однако в процессе распада выделяется определенная энергия, делящаяся между электроном и антинейтрино. Путем измерений энергии электрона и анализа энергетического спектра ученым удается определить максимальный предел массы нейтрино.

Несмотря на кажущуюся простоту задумки, эксперимент KATRIN является исключительным по своей сложности. Проанализировав данные 36 миллионов электронов, полученные за 259 дней с 2019 по 2021 год, ученые смогли установить новый верхний предел массы нейтрино — 0,45 электронвольта (меньше одной миллионной от массы электрона). Это наиболее точное определение на сегодняшний день.

Предполагается, что к 2025 году, после собора данных в течение 1000 дней, KATRIN сможет уточнить массу нейтрино до 0,3 электронвольта, что aligns with теоретическими моделями. Также эти данные будут ценны для проверки гипотез о существовании новых частиц, таких как стерильное нейтрино и реликтовое нейтрино.

В перспективе планируется модернизация KATRIN. Наряду с этим развиваются другие эксперименты по определению массы нейтрино, такие как Project-8, QTNM, PTOLEMY и ECHo.

Источник: iXBT