Эксперимент KATRIN установил новые ограничения на взаимодействия нейтрино
Нейтрино — одни из самых неуловимых и загадочных элементарных частиц во Вселенной. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, они должны быть безмассовыми, однако наблюдения за их осцилляциями (превращениями из одного типа в другой) доказывают, что нейтрино все же обладают массой, пусть и чрезвычайно малой. Кроме того, эти частицы почти не взаимодействуют с веществом, что делает их обнаружение и изучение одной из сложнейших экспериментальных задач.
Именно поэтому эксперименты, подобные KATRIN (Эксперимент с тритием и нейтрино в Карлсруэ), имеют огромное значение для современной физики. Этот проект направлен на точное измерение массы электронного антинейтрино, а также на поиск явлений, выходящих за рамки Стандартной модели. Недавно коллаборация KATRIN опубликовала новые результаты, устанавливающие строгие ограничения на возможные новые взаимодействия нейтрино, которые могли бы указывать на существование неизвестной физики.
Эксперимент KATRIN: в поисках новой физики
Эксперимент KATRIN базируется в Технологическом институте Карлсруэ (KIT) в Германии и использует бета-распад трития — радиоактивного изотопа водорода — для изучения свойств нейтрино. Главная цель проекта — измерение массы нейтрино через анализ энергетического спектра электронов, возникающих при распаде. Однако, помимо этого, KATRIN ищет и другие эффекты, которые могли бы свидетельствовать о «новой физике» — явлениях, не описываемых Стандартной моделью.
Одним из таких направлений является поиск «общих взаимодействий нейтрино» — дополнительных способов, которыми нейтрино могут взаимодействовать с материей. Эти взаимодействия могли бы указывать на существование гипотетических частиц, таких как правополяризованные W-бозоны, заряженные бозоны Хиггса или лептокварки. Теоретически, подобные процессы должны оставлять характерные искажения в бета-спектре, и KATRIN пытается их обнаружить.
Новые результаты и перспективы
Вторая измерительная кампания KATRIN позволила установить новые ограничения на возможные взаимодействия нейтрино. Хотя явных признаков отклонений от Стандартной модели пока не обнаружено, чувствительность эксперимента уже сейчас конкурирует с другими ведущими исследованиями в области физики частиц.
Ключевой особенностью KATRIN является его способность анализировать крайне малые эффекты в энергетическом спектре. Как отметила Кэролайн Фенглер, ведущий аналитик исследования, даже с использованием всего 5% от полного набора данных эксперимент уже достиг впечатляющей точности. В ближайшие годы, с увеличением объема данных и модернизацией оборудования, KATRIN сможет еще больше повысить свою чувствительность.
Особенно перспективным выглядит проект TRISTAN, который начнется в 2026 году. Он будет направлен на поиск стерильных нейтрино — гипотетических частиц, которые могут быть связаны с темной материей. Если они существуют, KATRIN сможет их обнаружить, что станет настоящим прорывом в физике.
Нейтрино — это не просто экзотические частицы, а ключ к пониманию фундаментальных законов Вселенной. Их крошечная масса и слабое взаимодействие делают их уникальным инструментом для поиска «новой физики». Эксперимент KATRIN находится на переднем крае этих исследований, и его результаты могут привести к открытиям, которые перевернут наши представления о микромире.