Международная команда ученых из эксперимента KATRIN, базирующегося в Германии, достигла нового рекорда в исследовании одной из самых таинственных частиц — нейтрино. Им удалось установить, что масса этой субатомной частицы составляет менее 0,45 электрон-вольт — это почти в два раза меньше, чем считалось ранее. Результаты были опубликованы в журнале Science.
Масса нейтрино составляет менее одной миллионной массы электрона. Это делает их самыми легкими из известных частиц, обладающих массой.
Нейтрино — крошечные, практически неуловимые частицы без электрического заряда. Они образуются, например, в недрах Солнца и при радиоактивных распадах. Миллиарды нейтрино проходят сквозь нас каждую секунду, но взаимодействуют с материей настолько слабо, что мы этого даже не замечаем.
Долгое время ученые считали, что у нейтрино вообще нет массы. Но открытия последних десятилетий показали, что это не так — у них все же есть масса, хоть и микроскопическая. Узнать, какова именно эта масса, — ключ к разгадке многих тайн физики, включая устройство ранней Вселенной.
Проект KATRIN использует радиоактивный изотоп водорода — тритий. При его распаде образуется электрон и антинейтрино. Уловка в том, что чем тяжелее нейтрино, тем меньше энергии остается электрону. Ученые измерили энергию 36 миллионов электронов, чтобы зафиксировать этот едва заметный эффект.
Ранее масса нейтрино оценивалась как менее 0,8 эВ, теперь — менее 0,45 эВ. Это одно из самых точных прямых измерений массы нейтрино на сегодняшний день.
«Мы продолжаем собирать данные и надеемся еще сильнее уточнить верхний предел массы», — говорит физик Диана Парно, соавтор исследования
Есть и космологические методы оценки массы нейтрино — ведь эти частицы повлияли на формирование Вселенной. Но во-первых такие расчеты зависят от наших представлений о космосе, которые могут оказаться не до конца точными, а во-вторых таких события происходят крайне редко. Поэтому прямые эксперименты, как в KATRIN, особенно ценны: они не зависят от теоретических моделей и случая.
Ученые отметили, что это еще один шаг к пониманию устройства материи, происхождения массы и даже эволюции Вселенной. Исследование нейтрино может привести к фундаментальным открытиям в физике и космологии.
Открытие пары топ-кварков дает важную подсказку о процессе рождения Вселенной
Байкальский телескоп поймал восемь мощных сигналов нейтрино из Млечного Пути