Уточнен верхний предел массы нейтрино

Международная группа исследователей использовала новый спектрометр, чтобы найти и установить верхний предел для массы нейтрино. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, группа описывает, как они определили новый предел и почему они считают его важным.

Нейтрино являются загадочными фундаментальными частицами — ученые нашли доказательства их существования, но все еще пытаются понять их свойства. Они хотели бы узнать больше о частицах, потому что их чрезвычайно много — ученые считают, что во Вселенной их в миллиард раз больше, чем атомов.

Многие также считают, что нейтрино являются ключом к пониманию ранней вселенной и, возможно, физики на ее самом базовом уровне. В частности, одним из свойств нейтрино, которое ученые хотели бы знать, является его масса — до недавнего времени считалось, что крошечные частицы вообще не имеют никакой массы.

Но недавние исследования показали, что это не так. Следующим шагом является определение массы нейтрино. На сегодняшний день ученые применили три подхода к поиску ответа. Первый включает изучение космического микроволнового фона. Второй включает в себя поиск случаев безнейтринного двойного бета-распада — крайне редкое событие.

Третий метод включает в себя попытку измерить массу нейтрино непосредственно способами, которые не основаны на теоретической модели. В своей новой работе исследователи выбрали третий подход.

Физики проводили свою работу в рамках эксперимента KATRIN на территории кампуса Технологического института Карлсруэ в Германии. Основной частью оборудования, используемого на площадке, является 200-тонный электронный спектрометр.

Исследователи использовали его для изучения распада трития — радиоактивного типа водорода. Когда он распадается, он испускает один электрон и нейтрино одновременно. Измеряя энергию выпущенного электрона с помощью спектрометра, они смогли рассчитать оценку массы нейтрино с большей точностью, чем это было возможно раньше.

Они обнаружили, что его верхний предел был равен 1,1 электронвольт (уровень достоверности 90%), это примерно половина ранее определенного верхнего предела. Предел также чрезвычайно мал — примерно в 500 000 раз меньше, чем у электрона.

M. Aker et al. Improved Upper Limit on the Neutrino Mass from a Direct Kinematic Method by KATRIN, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.221802