KATRIN — огромный датчик, который помог «взвесить» крошечные частицы нейтрино

Нейтрино можно отнести к самым странноватым субатомным частичкам. За счет весьма малеханькой массы и отсутствия электронного заряда нейтрино фактически не ведут взаимодействие с обыкновенной материей, они полностью беспрепятственно могут пронизывать скопления материи, такие, как планетки и даже звезды. Ученые в течение нескольких десятилетий пробовали узнать значение массы нейтрино с помощью разных высокочувствительных датчиков, и не так давно датчик опыта Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) в Германии, создание которого велось в протяжении без малого 2-ух десятилетий, выдал 1-ые результаты.

Спектрометр KATRIN на пути в экспериментальный зал © KATRINСпектрометр KATRIN на пути в экспериментальный зал
© KATRIN

Понятно, что частички нейтрино бывают 3-х различных типов — электрические, мюонные и тау-нейтрино. В 1957 году физик Бруно Понтекорво (Bruno Pontecorvo) выдвинул теорию о том, что нейтрино могут «колебаться», перебегать от 1-го типа к другому. Это, в свою очередь, предполагает, что нейтрино владеет массой, и это было доказано экспериментально, за что Такааки Кадзита (Takaaki Kajita) и Артур Макдональд (Arthur McDonald) удостоились в 2015 году Нобелевской премии в области физики.

Обладание познаниями о массе нейтрино принципиально для осознания того, почему нейтрино ведут взаимодействие с обыкновенной материей лишь с помощью сил слабеньких ядерных взаимодействий. Не считая этого, исходя из убеждений квантовой механики, любой тип нейтрино состоит из композиции 3-х вероятностных «массовых состояний». Но, из-за главный странности квантовой механики, можно измерить лишь «общее состояние» либо установить тип нейтрино, провести измерения сходу 2-ух этих величин принципно нереально.

Четкие измерения массы нейтрино востребовали от ученых проявления творческого подхода. Ядром опыта KATRIN является 10-метровая емкость, в какой находится 25 граммов радиоактивного изотопа водорода, трития. Этот водород охлажден до сверхнизкой температуры и в его среде повсевременно происходит так именуемый бета-распад, в итоге которого один из нейтронов преобразуется в протон, порождая доп электрон и электрическое антинейтрино, масса которого соответствует массе обыденного электрического нейтрино.

Продукты бета-распада попадают в активную область датчика-спектрометра, размером с жилой дом, который дозволяет измерить энергию электронов. Сущность опыта состоит в том, что электрон и нейтрино постоянно получают некую часть энергии, выделившейся во время реакции распада. Это количество может колебаться от варианта к случаю, но пропорция распределения энергии меж электроном и нейтрино постоянно остается постоянной. И в итоге работы датчика выходит график, форма которого дозволяет вычислить наивысшую энергию для всякого «массового состояния» нейтрино.

Опосля 28 дней работы и сбора данных, ученые опыта KATRIN получили малое значение средней суммы 3-х массовых состояний нейтрино на уровне меньше 0.1 эВ (электрон-вольта), наибольшее значение этого параметра составило 1.1 эВ. Для сопоставления, масса-энергия электрона составляет около 500 тыщ эВ, а протона — практически один млрд.

Приобретенное значение наибольшей массы нейтрино практически вдвое меньше значений, которые дают остальные опыты, например, совершенно не так давно ученые, используя частички нейтрино галлактического происхождения, вывели значение массы, равное 2.6 эВ. Но, тут следует учитывать, что данные опыта KATRIN собирались в течение всего 1-го месяца, а впереди у ученых еще целых 5 лет, в течение которых они будут собирать и рассматривать новейшие данные.

Но в любом случае данные от опыта KATRIN, совмещенные с данными остальных тестов, дозволят ученым в дальнейшем вычислить не только лишь наибольшее общее значение нейтрино, да и абсолютную массу каждой композиции из 3-х «массовых состояний» этих частиц. Это, в свою очередь, дозволит уточнить модели Вселенной на самом ранешном шаге ее существования и отыскать ответы на несколько базовых вопросцев, в том числе, почему в сегодняшней Вселенной количество обыкновенной материи существенно превосходит количество антиматерии.

Источник: dailytechinfo.org

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.