29 ноября 2019

Исследователи уточнили верхний предел массы нейтрино

KATRIN Электронный спектрометр эксперимента KATRIN KATRIN

Международная команда исследователей использовала новый спектрометр, с помощью которого установила верхний предел массы нейтрино. Статья об этом опубликована в журнале Physical Review Letters. В ней ученые описывают, как они выявили новый предел и почему считают это открытие значимым.

Нейтрино — одни из самых неуловимых частиц. Ученые смогли доказать их существование, но исследовать их свойства оказалось не так просто. Они хотят узнать больше об этих частицах, потому что их очень много: ученые полагают, что их количество во Вселенной в 1 миллиард раз превышает количество атомов. Многие также полагают, что они содержат ключ к пониманию ранней Вселенной и, возможно, физики на ее самом маленьком уровне. Одно свойств нейтрино особенно интересующее ученых — это масса. До недавнего времени считалось, что эти мельчайшие частицы массы не имеют. Но последние исследования доказали обратное. Следующим шагом станет измерение их массы. На сегодняшний день ученые предприняли три подхода для поиска ответа на этот вопрос. Первый включает в себя изучение космического микроволнового фона. Второй связан с поиском примеров безнейтринного двойного бета-распада — чрезвычайно редкого события. Третий метод включает в себя попытку измерить массу нейтрино способами, которые не полагаются на теоретическую модель. В новой работе исследователи выбрали именно его.

Они проводили свою работу в рамках эксперимента KATRIN на территории кампуса Технологического института Карлсруэ в Германии. Основным оборудованием, используемым на объекте, является 200-тонный электронный спектрометр. Исследователи использовали его для изучения распада трития — радиоактивного изотопа водорода. Когда атом трития распадается, он испускает одновременно электрон и нейтрино. Измеряя энергию высвобожденного электрона с помощью спектрометра, ученые смогли дать оценку массы нейтрино с большей точностью, чем это было возможно раньше. Они обнаружили, что его верхний предел составляет 1,1 эВ — примерно в два раза меньше, чем было выведено ранее в подобных экспериментах. Это значение очень мало — примерно в 500 тыс. раз меньше массы электрона.

Для нейтринного проекта KATRIN в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ былразработан источник на основе 83Rb, обеспечивающий долговременную стабильность положения реперной конверсионной линии в области энергии Ее=18,6 кэВ на уровне ± 60 мэВ. Исследования характеристик реперного источника проводились в сотрудничестве с ИЯФ АН Чехии и Института физики университета Майнц (Германия).