Самое точное измерение когда-либо приближает нас к знанию истинной массы «призрачной» частицы.

Масса покоя нейтрино-призраков — одна из самых востребованных величин в физике элементарных частиц, и ученые стали на шаг ближе к ее точному определению благодаря новому эксперименту, проведенному исследователями из Института ядерной физики Макса Планка в Германии.

Если бы масса нейтрино была известна, это могло бы открыть дверь в физику, выходящую за рамки стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает все известные силы и элементарные частицы во Вселенной.

Сказать, что нейтрино странные, значит не сказать ничего. Когда-то было высказано предположение, что массы вообще нет, теперь стало ясно, что эта едва существующая частица на самом деле представляет собой три типа в одном, причем идентичности колеблются в странном квантовом размытии, когда она мчится в пространстве. Эта слабая идентичность означает массу, которая также Он бывает разных формразмазанный по изменяющемуся внешнему виду нейтрино.

Поскольку нейтрино такие легкие и странные, они могут действовать не по тем же правилам, что и другие частицы. Точное добавление их невероятно малых масс может помочь подтвердить и исключить новые модели в физике элементарных частиц.

Однако физики не могут взвешивать группы неподвижных нейтрино, как виноград, на весах. вместо, Они просто могут Подтвердить существование Эти субатомные частицы, глядя на их взаимодействие с другими частицами, или Измеряя продукты Их распад. Это может быть просто частица Подарок на кратчайший момент Но в это время оно оставляет свой след, по которому физики могут сделать вывод о массе.

Однако, не имея заряда и почти не обладая гравитационной силой, нейтрино оказывают лишь самые слабые силы на другие частицы. На самом деле прямо сейчас через ваше тело проходят миллиарды нейтрино, большинство из них на пути от Солнца, но… Они редко взаимодействуют С нами.

Однако тот факт, что нейтрино мало влияют на другие субатомные частицы, не означает, что нейтрино не являются существенной частью того, что составляет материю. что они Наиболее распространенные молекулы Те, которые имеют массу во Вселенной, и знание того, что дает этим различиям в нейтрино такие маленькие ненулевые массы, может помочь физикам решить или понять некоторые несоответствия в Стандартной модели, которые нейтрино проявляют в способе своих колебаний.

Физики постоянно совершенствуют свои лучшие оценки верхних пределов индивидуальных и коллективных масс нейтрино, используя различные методы. Самое точное на сегодняшний день измерение «аромата», называемого электронным нейтрино, показало, что его энергия не может превышать 0,8 МэВ. Если перевести это в массу в 1 килограмм (или 2,2 фунта), то это будет равно весу четырех изюминок по сравнению с солнцем.

Самая последняя оценка была получена в феврале 2022 года в ходе тритиевого нейтринного эксперимента в Карлсруэ (Екатерина) в Германии, был выведен из распыления электронов и нейтрино, испускаемых как сверхтяжелая форма распада водорода.

Другой способ получить массу нейтрино, хотя и небольшую, — это изучить, что происходит, когда атомное ядро ​​искусственного изотопа гольмий-163 поглощает электрон из своей внутренней оболочки. В результате протон превращается в нейтрон, образуется диспрозий-163 и высвобождается нейтрино.

Затем физики смогут измерить полную энергию, выделяющуюся при этом распаде, с помощью калориметра и вывести массу «недостающего» нейтрино, влетевшего в эфир, на основе полной массы атома и знаменитого уравнения Эйнштейна E = mc2.²Где масса и энергия равны.

Это рассчитывается как так называемая значение х: разница в энергии, которую можно перевести в массу, «потерянную» из суммы атомных частиц после реакции распада. Эта разница в массе интерпретируется как нейтрино.

Однако атомы золота, в которых присутствует гольмий-163, могут влиять на эту реакцию распада. Он объясняет Кристоф Швайгер, физик из Института ядерной физики Макса Планка и ведущий автор нового исследования.

«Поэтому важно как можно точнее измерить значение Q, используя альтернативный метод, и сравнить его со значением, определенным калориметрией, чтобы обнаружить возможные систематические источники ошибок». Он говорит.

Для этого Швайгер и его коллеги поставили эксперимент, объединивший пять так называемых Написание ловушексложенные друг на друга внутри сверхпроводящего магнита, помещенного в вакуум и погруженного в жидкий гелий с температурой около 4 градусов по Кельвину (-269,1 градуса по Цельсию или -452,5 градуса по Фаренгейту).

Все эти усилия помогают защитить оборудование и сделать его достаточно чувствительным для захвата частиц в ловушки Пеннинга и измерения мельчайших различий в энергии между заряженными ионами гольмия-163 и диспрозия-163.

«С Airbus A-380 с максимальной полезной нагрузкой вы можете использовать эту чувствительность, чтобы определить, упала ли на него хоть одна капля воды», — сказал Швайгер. Он говорит.

Фактически, исследователи измерили поступающие ионы гольмия-163 и образующиеся ионы диспрозия-163 и получили значение Q 2863,2 ± 0,6 эВК.^-2что в 50 раз точнее предыдущего напряжения, достигшего значения 2833 ± 34 В C.^-2.

Использование более точного, независимо измеренного значения Q в сочетании с другими экспериментальными результатами «жизненно важно для оценки систематических неопределенностей в определении массы нейтрино», — говорят Швайгер и его коллеги. Написание в опубликованной статье.

Хотя это всего лишь часть головоломки, улучшенное разрешение таких показателей, как Q, можно объединить с широким спектром методов, чтобы понять, почему странные мерцающие призраки в мире частиц ведут себя как полтергейсты.

Исследование было опубликовано в Физика природы.