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 Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая предложили универсальный подход для определения с высокой точностью так называемой внутримолекулярной потенциальной функции — информация о ее свойствах позволяет делать прогноз поведения молекулы в различных условиях. Новый подход подходит для самых разных многоатомных молекул. В будущем он позволит точнее предсказывать спектры и динамику молекул как в условиях атмосфер планет Солнечной системы, а также более точно моделировать химические процессы на квантовом уровне.
Звезды типа Солнца в конце жизни превращаются в пульсирующего красного гиганта, а потом – в белого карлика. Ранее считали, что на этом этапе их планеты становятся слишком холодными, ведь белый карлик светит слабо. Новые наблюдения показали, что все намного сложнее и планета может даже прибавить свою температуру. Примерно в 80 световых годах от Земли лежит белый карлик WD 1856. Хотя он всего вдвое легче Солнца, по размерам близок к нашей планете (примерно на треть больше). За счет этого у него огромная плотность, поэтому, несмотря на отсутствие в нем термоядерных реакций (топливо уже кончилось), поверхность этой «мертвой» звезды разогрета почти до пяти тысяч градусов.
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.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
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.
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
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