Eksperyment KATRIN, mający na celu ważenie neutrin, ogłosił dokładniejsze oszacowanie górnej granicy jego wartości masa - neutrina ważą co najwyżej 0.8 eV, czyli neutrina są lżejsze niż 0.8 eV (1 eV = 1.782 x 10-36 kg).
neutrina (dosłownie te małe neutralne) są najobficiej występującymi cząstkami elementarnymi w wszechświat. Są niemal wszechobecni, m.in galaktyka, w słońcu, we wszystkich przestrzeń wokół nas. Co sekundę przez nasze ciała przechodzą biliony neutrin, nie wchodząc w interakcję z żadną inną cząstką.
Powstały po raz pierwszy 10-4 sekundy po Wielkim Wybuchu około 13.8 miliarda lat temu i odegrał ważną rolę w ewolucji wszechświat. Powstają one w ogromnych ilościach w sposób ciągły w reakcjach syntezy jądrowej w gwiazdach, w tym w Słońcu, w reaktorach jądrowych na Ziemi i podczas rozpadów radioaktywnych. Odgrywają także ważną rolę w procesie supernowej w cyklu życia gwiazdy i dostarczają wczesnych sygnałów o wybuchach supernowych. Na poziomie subatomowym neutrina dostarczyć narzędzia do badania struktury nukleonów. neutrina może również pomóc wyjaśnić asymetrię materii i antymaterii.
Pomimo tych wszystkich ważności, wiele wciąż jest nieznanych neutrina. Nie wiemy, jak oddziałują z innymi cząsteczkami. Podobnie od czasu odkrycia oscylacji neutrin wiadomo, że neutrina mają niezerowe masa. Wiemy, że neutrina mają bardzo małe rozmiary masa i są najlżejszymi ze wszystkich cząstek elementarnych, ale ich dokładna masa wciąż pozostaje nieokreślona. Dla lepszego zrozumienia wszechświatważne jest, aby dokładnie zmierzyć masę neutrin.
Eksperyment KARlsruhe TRItium Neutrino (KATRIN) w Karlsruhe Institute of Technology (KIT), wspólne przedsięwzięcie sześciu krajów, poświęcone jest pomiarom masy neutrin z dokładnością poniżej eV.
W 2019 roku eksperyment KATRIN ogłosił, że neutrina ważą najwyżej 1.1 eV, co stanowi dwukrotną poprawę w porównaniu z poprzednimi pomiarami górnej granicy 2 eV
1 eV lub elektron wolt to energia uzyskana przez elektron, gdy potencjał elektryczny przy elektronu wzrasta o jeden wolt i jest równy 1.602 × 10-19 dżul. Na poziomie subatomowym wygodnie jest wyrazić masę w kategoriach energii zgodnie z symetrią masy i energii zgodnie z E = mc2 ; 1 eV = 1.782 x 10-36 kg.
14 lutego 2022 r. KATRIN Collaboration ogłosiło pomiary masy neutrin z niespotykaną dotąd precyzją, ujawniając, że neutrina są lżejsze niż 0.8 eV, przełamując tym samym barierę 1 eV w fizyce neutrin.
Zespół badawczy zamierza kontynuować dalsze pomiary masy neutrin do końca 2024 roku. Od 2025 roku, przy pomocy nowego systemu detektorów TRISTAN, eksperyment KATRIN rozpocznie poszukiwania sterylnych neutrin. Z masami w zakresie KeV, sterylne neutrina byłyby kandydatami na tajemniczą ciemną materię.
***
Źródła:
- Eksperyment Karlsruhe Tryt Neutrino (KATRIN). Dostępne o https://www.katrin.kit.edu/
- Instytut Technologii w Karlsruhe (KIT). Komunikat prasowy 012/2022 – Neutrina są lżejsze niż 0.8 elektronowoltów. Opublikowano 14 lutego 2022. Dostępne na https://www.kit.edu/kit/english/pi_2022_neutrinos-are-lighter-than-0-8-electron-volts.php
- Współpraca KATRIN. Bezpośredni pomiar masy neutrin z czułością subelektronowoltową. Nat. Fiz. 18, 160–166 (2022). Opublikowano: 14 lutego 2022 r. DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-021-01463-1
