Физики из эксперимента KATRIN определили верхний предел на массу электронного антинейтрино в 0,45 электронвольта. Такой результат получили ученые после обработки данных, набранных за 259 дней работы спектрометра.
Согласно изначальной формулировке стандартной модели элементарных частиц нейтрино должно быть безмассовой частицей. Однако открытие нейтринных осцилляций — за что в 2015 году была присуждена Нобелевская премия — привело к пересмотру теории. Согласно современным представлениям, нейтрино должно обладать массой, которая становится важным параметром теории.
С тех пор ученые стремятся определить этот параметр. В частности, массу нейтрино (и соответствующей ей античастицы — антинейтрино) можно ограничить на основе космологических моделей, а также физики достаточно точно научились измерять параметры смешивания нейтрино, в том числе разницу масс различных массовых состояний. Но эти подходы либо являются модельно-зависимыми, либо не дают абсолютных значений массы нейтрино. Поэтому физики проводят эксперименты по прямому измерению массы антинейтрино, исследуя спектры высокой точности бета-распада различных изотопов.
Физики из эксперимента KATRIN смогли ограничить эффективную массу электронного антинейтрино величиной 0,45 электронвольта. Для этого они использовали спектрометр длиной 23 метра и шириной 10 метров для точного измерения энергий электронов в бета-распаде трития. По сравнению со своим предыдущим опубликованным результатом ученые проделали дополнительную работу по уменьшению фона и снижению систематической неопределенности, а также набрали практически в шесть раз больше данных.
В результате ученые получили наилучшее значение аппроксимации квадрата эффективной массы электронного антинейтрино −0,14+0,13-,15 электронвольт в квадрате. Ученые отмечают, что модель спектра допускает отрицательные значения этого параметра из-за статистических флуктуаций. Рассчитанный на основе этого результата верхний предел на массу нейтрино оказался равен 0,45 электронвольта на 90-процентном доверительном уровне. Это практически в два раза более сильное ограничение по сравнению с предыдущими результатами.
Ученые планируют продолжать набирать данные в эксперименте KATRIN как минимум до 2025 года. По их словам это позволит в пять раз увеличить статистику и достигнуть чувствительности менее 0,3 электронвольта.