Новый эксперимент уменьшил нейтрино вдвое

Разработанная в 1960-х и 70-х гг. стандартная модель физики частиц имеет несколько значительных дыр. Она не может объяснить тёмную материю - эфирное вещество, обнаруженное до сих пор только по его гравитационным эффектам - или тёмную энергию, загадочную оомфу, которая заставляет космос расширяться всё быстрее. Теория также не может объяснить, почему вселенная состоит в основном из материи, в то время как антивещество встречается редко. Таким образом, физики находятся в поиске обновлений в физике частиц, исследуя слабые места стандартной модели.

Исследования проходят внутри монструозной конструкции в форме дирижабля, расположенного в Карлсруэ (Германия). Строительство эксперимента заняло годы и десятки миллионов долларов. Зачем создавать такой экстремальный аппарат? Это всё часть попытки измерить массу крошечных субатомных частиц, известных как нейтрино.


KATRIN, сокращенно от Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment, начал тестовые прогоны в мае. Эксперимент является частью многостороннего подхода к изучению физики частиц, использующего ассортимент из десятков детекторов странных форм и размеров. Их миссия - глубоко погрузиться в стандартную модель, физическую теорию элементарных частиц - и, возможно, свергнуть её.

Основные исследовательские объекты, такие как Большой адронный коллайдер - гигантский ускоритель, расположенный в ЦЕРНе под Женевой, - пока не обнаружили, где именно стандартная модель работает неправильно. Вместо этого, эксперименты в области физики частиц подтверждают стандартные прогнозы модели снова и снова.

«В некотором смысле мы стали жертвами нашего собственного успеха, - говорит Хуан Рохо, физик-теоретик из Амстердамского свободного университета. - У нас нет намёков на то, что будет следующим шагом».

Новые эксперименты, такие как KATRIN, возможно, смогут найти ответы. В их число также входят «Muon g-2» в Фермилабе в Батавии, Иллинойс, и Белле II в Цукубе, Япония. Эти проекты включают сотни исследователей, ценники на десятки миллионов долларов и требуют серьёзных технологических начинаний: сложной электроники, мощных магнитов и ультрачистых условий. Исследователи своими руками построили сложные аппараты, протащили тонны оборудования через континенты и очистили внутренние поверхности детекторов, пока они не засияли.

Недавний эксперимент под названием «ß-DECAY OF TRITIUM: PROJECT8, KATRIN» (бета-распад трития: проект8, KATRIN) в очередной раз уменьшил максимально возможную массу нейтрино.

Субатомные частицы нейтрино чрезвычайно легковесны. Теперь учёные, проводившие эксперимент КАТРИН в Карлсруэ, сократили диапазон потенциальной массы для этих видов частиц. Нейтрино должен иметь массу 1,1 электрон-вольт или меньше, сообщают исследователи в докладе 13 сентября на конференции по физике астрочастиц и подземным физическим исследованиям в Тояме, Япония.
Это новое число - примерно половина от предыдущего предельного значения массы нейтрино - означает, что для достижения массы электрона потребуется более 460 000 нейтрино, «и, возможно, гораздо больше», - говорит физик из Университета Карнеги-Меллон в Питтсбурге Диана Парно.

Парно и её коллеги изучали распад трития (радиоактивного водорода). В каждом таком распаде вместе с электроном выделяется тип нейтрино, известный как электронный антинейтрино. Измеряя энергию электронов, учёные проверили, сколько энергии распада идёт в массу нейтрино.

Трудность такого исследования в том, что нейтрино обычно не имеют чётко определённой массы. Вследствие сложностей квантовой механики частицы состоят из трёх различных состояний массы одновременно. Что измеряет КАТРИН - это «эффективная масса», комбинация этих трёх масс.