Уточнение верхнего предела массы нейтрино в эксперименте KATRIN: новые результаты
Ученые, работающие в рамках международного проекта KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment), продолжают раскрывать тайны нейтрино — одних из самых загадочных частиц во Вселенной. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, коллаборация объявила о снижении верхнего предела массы нейтрино до 0,45 электрон-вольт (эВ), что вдвое точнее предыдущей оценки (0,8 эВ, 2022 год). Это достижение стало возможным благодаря анализу 36 миллионов событий распада трития — радиоактивного изотопа водорода, испускающего электроны и нейтрино.
Значимость нейтрино для науки
Нейтрино — самые распространенные частицы во Вселенной, возникшие в первые мгновения после Большого взрыва. Их изучение позволяет связать микро- и макромир, поскольку даже их крошечная масса влияет на формирование крупномасштабных космических структур.
Однако из-за отсутствия заряда и крайне слабого взаимодействия с материей нейтрино крайне сложно обнаружить. Триллионы этих частиц ежесекундно проходят сквозь Землю и даже сквозь наши тела, не оставляя следов.
Как KATRIN измеряет массу нейтрино?
Эксперимент KATRIN основан на изучении бета-распада трития, при котором испускаются электрон и антинейтрино. Поскольку энергия распределяется между ними, точное измерение энергии электронов позволяет косвенно определить массу нейтрино. Для этого используется 200-тонный спектрометр, работающий в глубоком вакууме внутри 70-метровой установки.
К 2025 году ученые планируют проанализировать 250 миллионов электронов, что может либо выявить точную массу нейтрино, либо подтвердить, что она ниже 0,3 эВ.
Связь с темной материей и темной энергией
Нейтрино могут играть ключевую роль в объяснении темной материи (27% Вселенной) и темной энергии (68%). В частности, гипотетические стерильные нейтрино — более тяжелые и не взаимодействующие с обычной материей — рассматриваются как возможные кандидаты на роль темной материи. Для их поиска KATRIN разрабатывает новую систему TRISTAN, которая начнет работу в ближайшие годы.
Если нейтрино окажутся тяжелее, чем текущие оценки, это может изменить современные космологические модели. В противном случае физикам придется искать альтернативные объяснения темной материи и ускоренного расширения Вселенной. В любом случае, проект KATRIN остается на переднем крае фундаментальной науки, приближая нас к разгадке одной из величайших тайн мироздания.