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 Генетики доказали, что неолитические общины Европы, строившие гигантские каменные сооружения, не были изолированными племенами. Масштабный анализ древних геномов показал, что носители разных археологических культур активно взаимодействовали, заключали браки и переезжали на сотни километров от дома. Исследование также подтвердило, что традиция возводить мегалиты передавалась от народа к народу как культурная идея, а не в результате массовой миграции.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Спустя два с половиной года после того, как подводный аппарат обнаружил на дне залива Аляска загадочный «золотой шар», ученым, наконец, удалось разобраться в природе этого объекта. Они пришли к выводу, что это отброшенная часть оболочки или основания гигантской глубоководной актинии.
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