Проведено прямое измерение массы нейтрино с беспрецедентной точностью
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.
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».
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые использовали квантовые процессоры для расчета поведения атомов внутри жидкой соли, из которой образуется топливо для термоядерного синтеза. Модель с высокой точностью рассчитала химические связи внутри заряженной жидкости. Это поможет инженерам быстрее подобрать состав компонентов для будущих электростанций.
Прогулки наедине с природой в абсолютной тишине существенно повышают риск опасного столкновения с дикими животными. К такому выводу пришли британские биологи, проанализировав базу данных почти 3,5 тысячи инцидентов между людьми и крупными зверями.
Американское военное ведомство опубликовало четвертую часть материалов о неопознанных летающих объектах. Собственно новых файлов не так много: как и в прошлые разы, значительная часть опубликованного была известна ранее. Однако есть детали, которые действительно интересны и указывают на объекты, чья природа не может быть легко объяснена в рамках известного землянам на сегодняшний день.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Ученые Сеченовского Университета выявили генетические особенности, связанные с развитием разных клинических форм ювенильной склеродермии — редкого аутоиммунного заболевания, которое приводит к поражению кожи, сосудов и соединительной ткани. Исследование показало, что полиморфизм ряда генов,участвующих в патогенезе склеродермии предрасполагает к развитию разных клинических форм болезни. В перспективе эти данные могут позволить точнее прогнозировать течение заболевания и подбирать терапию индивидуально.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии