• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15 февраля
Даниил Сухинов
7
22 901

Проведено прямое измерение массы нейтрино с беспрецедентной точностью

6.9

Международный эксперимент KATRIN преодолел важный психологический барьер — определил новый верхний предел массы одной из самых неуловимых частиц, который наконец перешагнул отметку в один электронвольт. Этот шаг приближает долгожданный момент определения точной массы нейтрино, что может помочь космологам объяснить природу темной материи, а физикам элементарных частиц даст повод для пересмотра Стандартной модели.

Внутри большого электростатического спектрометра Тритиевого нейтринного эксперимента в Карлсруэ (KATRIN)
Внутри большого электростатического спектрометра Тритиевого нейтринного эксперимента в Карлсруэ (KATRIN) / ©Michael Zacher/KIT

Нейтрино — одни из самых неуловимых элементарных частиц во Вселенной. В космологии эти фундаментальные частицы играют важную роль в формировании крупномасштабных структур, таких как галактики. В то время как в физике элементарных частиц их крошечная, но ненулевая масса указывает на новые физические явления, выходящие за рамки существующих сегодня теорий. Без точного измерения масс нейтрино наше понимание Вселенной останется неполным.

Эту сложную задачу взял на себя международный эксперимент KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) на площадке KIT Campus North Технологического института Карлсруэ (Германия). Для определения массы слабо взаимодействующих с веществом нейтрино используют бета-распад трития. Тритий — нестабильный изотоп водорода с двумя дополнительными нейтронами в ядре и периодом полураспада более 12 лет.

При бета-распаде трития образуются электрон и электронное антинейтрино, массу которого и определяют в эксперименте KATRIN, измеряя энергетическое распределение электронов. Это требует значительных технологических усилий: в 70-метровом экспериментальном ангаре находится уникальная установка для работы с тритием (Windowless Gaseous Tritium Source), а также гигантский 200 тонный спектрометр для измерения энергии электронов распада с беспрецедентной точностью.

После начала научных измерений в 2019 году их точность постоянно повышалась. «KATRIN — эксперимент с высочайшими технологическими требованиями, и теперь он работает как часы», — с энтузиазмом говорит Гвидо Дрекслин (Guido Drexlin), руководитель проекта, сотрудник Технологического института Карлсруэ и один из двух представителей эксперимента.

Другой представитель — Кристиан Вайнхаймер (Christian Weinheimer) сотрудник Университета Мюнстера — добавляет: «Повышение мощности сигнала и снижение фонового шума были решающими этапами для достижения нового результата».

Взгляд со стороны на 200 тонный спектрометр эксперимента KATRIN
Взгляд со стороны на 200 тонный спектрометр эксперимента KATRIN / ©KATRIN collaboration/KIT

Углубленный анализ полученных данных требовал больших усилий от международной аналитической группы во главе с двумя ее координаторами — Сюзанной Мертенс (Susanne Mertens), сотрудником Института физики Макса Планка и Технического университета Мюнхена, и Магнусом Шлёссером (Magnus Schlösser) из Технологического института Карлсруэ. «Каждое влияние, каким бы малым оно ни было, должно быть изучено в деталях и устранено. Только с помощью этого трудоемкого подхода мы смогли исключить систематическую погрешность нашего результата из-за искажающих процессов», — поясняют координаторы по анализу данных.

Схематическое представление установки эксперимента KATRIN
Схематическое представление установки эксперимента KATRIN / ©Leonard Köllenberger/KATRIN collaboration

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, экспериментальные данные первого года измерений объединили с результатами, полученными в 2021 году, в результате чего был определен новый верхний предел массы нейтрино, равный 0,8 электронвольта. Впервые в истории прямой эксперимент по измерению массы нейтрино вошел в космологически и физически важный диапазон масс — субэлектронвольт (то есть менее одного электронвольта), где, как предполагается, и находится фундаментальная шкала масс нейтрино.

«Сообщество физиков элементарных частиц взволновано тем, что KATRIN преодолел барьер в один электронвольт», — комментирует результаты работы эксперт по нейтрино Джон Вилкерсон (John Wilkerson), сотрудник Университета Северной Каролины, председатель исполнительного совета и соавтор исследования.

Измерения массы нейтрино продолжатся до конца 2024 года. В это время команда эксперимента KATRIN будет не только набирать статистику событий бета-распада, но и снижать уровень шума — например, за счет оптимизации конструкции и электромагнитного поля спектрометра.

В дальнейшей судьбе проекта особую роль сыграет новая детекторная система (TRISTAN), которая позволит KATRIN с 2025 года приступить к поиску пока только теоретических «стерильных» (или инертных) нейтрино с массами в килоэлектронвольт-диапазоне — кандидатов на загадочную темную материю. В отличие от обычных, активных нейтрино, участвующих в слабом и гравитационном взаимодействиях, стерильные взаимодействуют с материей лишь гравитационно, прямо как та самая темная материя.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 10:04
Сергей Васильев

Новый метод поможет нейтрализовывать опасные загрязнители при очистке сточных вод и не позволит им попадать в окружающую среду.

Вчера, 14:59
Ольга Иванова

Зубные украшения майя из нефрита, золота и других драгоценных металлов и камней, вероятно, не только придавали «лоска» своим обладателям, но и служили профилактикой кариеса и пародонтоза. Таким свойством обладал цемент, которым крепилась к зубам вся эта красота, заявили ученые из Мексики и США.

Вчера, 13:28
Алиса Гаджиева

Археологи раскопали недалеко от Эйлата кладбище, возраст которого — не менее 7500 лет.

20 мая
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

Позавчера, 10:02
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

Вчера, 10:00
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

28 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования составили таблицу ожидаемой продолжительностью жизни для собак 18 чистокровных пород и метисов. Кроме того, они узнали, кто живет дольше — суки или кобели, кастрированные или нет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

7 Комментариев

16.02.2022
-
0
+
Может уже пора переходить на другие системы измерения массы, например, на объем информации который несёт в себе частица!?)))
-
1
+
".. стерильные взаимодействуют с материей лишь гравитационно, прямо как та самая темная материя.." - почему-то думается, что гравитационное взаимодействие стерильных нейтрино с материей должно проявляться в том, что стерильные нейтрино будут "давить" на материю, какого бы большого размера не был этот кусок материи. То бишь, большие размеры куска материи не окажут гравитационного притяжения на крохотные стерильные нейтрино. Зато крохотные стерильные нейтрино будут гравитационно "давить" на материю, понуждая её частицы перестраиваться внутри материи (вещества) в некий порядок, соответствующий законам существования стерильных нейтрино/тёмной материи.. Трудно отрицать, что у Тёмной материи есть свои законы существования и поведения, которым должна подчиняться материя Вселенной, поскольку Тёмная материя: 1. преобладает.. 2. объединяет.. 3. не позволяет сливаться отдельным объектам в единое целое.. 4. работает и на расширение Вселенной, и на её удержание в некоторых пределах.. 5. возможно, есть ещё какие-либо особенности Тёмной материи, которые не перечислены.. Соответственно, законы, по которым существуют стерильные нейтрино, должны влиять на законы существования материи. И если это влияние гравитационно, то стерильные нейтрино должны довлеть на элементарными частицами вещества..
    -
    1
    +
    Вот церковники-то возрадуются! Ведь это описание Духа Святого... )))
    +
      ещё комментарии
      -
      0
      +
      Ваш вывод немного неожиданен.. но да, в моём рассуждении можно найти научное обоснование существования Души у человека. Не вижу ничего плохого в объединении науки и Веры в Бога, если учёные не будут этого отрицать..
        -
        0
        +
        "В одну телегу впрячь не можно Коня и трепетную лань..."
          -
          0
          +
          Кусочек лирики здесь вроде и уместен. Но.. Хотели бы вы иметь доказанную научную базу того, что Жизнь вечна? Что ваше существование, мышление.. Душа, наконец.. всё это продолжится после смерти телесной оболочки? .. За вас отвечать на этот вопрос не стану. А за себя скажу: хочу. У меня, знаете ли, есть какая-то глубинная жажда жизни.. Думаю, у многих она есть. И учёный люд - не исключение. Поэтому "коня-науку" - в упряжку, пахать новину, засеивать её шелковистой травкой и злаками.. чтобы "трепетная лань-Вера в Бога и жизнь после жизни" смогла мирно гулять по заботливо подготовленному газону.. А для такого симбиоза надо ловить научную основу по крупицам.. по отдельным квантовым стрункам.. и вплетать её в церковные догматы.

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: