Все новости

Нейтрино ограничили вдвое

Физики установили, что масса частицы не превышает 1,1 электронвольт, хотя ранее считалось, что она не должна превышать 2,2 эВ
Описание
© EPA/UWE ANSPACH

МОСКВА, 17 сентября. /ТАСС/. Эксперименты на установке KATRIN в немецком Карлсруэ помогли физикам из Троицка и их европейским коллегам удвоить точность замеров и наложить более строгие ограничения на массу нейтрино, самой легкой и неуловимой частицы. Она не превышает 1,1 электронвольт (эВ), пишут ученые в статье, опубликованной на сайте arXiv.org.

"Полученные результаты оправдывают 18 лет усилий, которые мы потратили на разработку проекта KATRIN и воплощение его в жизнь. И это лишь первый результат, который показывает научному сообществу, что наша установка работает и получает достоверные данные", - заявил официальный представитель коллаборации KATRIN Гвидо Дрекслин.

Нейтрино представляют собой самые легкие и многочисленные элементарные частицы, которые взаимодействуют с окружающей материей только с помощью гравитации и так называемых слабых взаимодействий. В середине прошлого века физики выяснили, что существует три вида подобных частиц - тау, электронные и мюонные нейтрино и антинейтрино.

Чуть позже ученые обнаружили, что нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга. Сам факт существования этого процесса, так называемых нейтринных осцилляций, указывает на то, что эти частицы обладают ненулевой массой, как раньше предполагали некоторые теоретики.

Физики уже несколько десятилетий наблюдают за этим процессом, пытаясь вычислить массу нейтрино по тому, как "охотно" разные типы этих частиц превращаются в два других их вида. Сделать это в силу крайне малой массы нейтрино пока не удалось.

Троицкий вариант

В конце прошлого века российские ученые, работавшие в Институте ядерных исследований (ИЯИ) Российской академии наук в Троицке, выяснили, что массу этих неуловимых частиц можно вычислить иначе, при помощи своеобразного метода исключения. Это позволило им установить один из первых рекордов по точности замеров массы нейтрино. В соответствии с их замерами, она не должна была превышать 2,2 эВ.

Ее главный компонент - атомы трития, тяжелого изотопа водорода, в чьих ядрах присутствуют два нейтрона и один протон. Тритий нестабилен - он постепенно распадается, образуя гелий-3 и испуская электрон и электронное антинейтрино.

Как постулирует закон сохранения энергии, все "осколки" трития будут иметь в сумме ту же энергию, что и оно само ядро тяжелого водорода. Благодаря этому можно очень точно измерить массу антинейтрино, если знать то, какими энергиями обладают электрон и ядро гелия-3.

Такой же подход был использован при создании установки KATRIN. По своей сути, она представляет собой увеличенную копию аналогичного комплекса в России. В ее создании принимали участие академик Игорь Ткачев и другие физики из ИЯИ в Троицке, осуществившие первые замеры такого типа.

KATRIN представляет собой гигантский "чан" с водой, покрытый специальными светочувствительными датчиками и генераторами магнитных полей. В его центре находится небольшой сосуд с тритием. Когда ядро тяжелого водорода распадается, рождающийся в результате этого электрон вылетает из него наружу, где его захватывают магнитные ловушки, направляющие его в длинный многометровый "коридор", где физики могут точно измерить его массу.

Неуловимые частицы

Как надеются ученые, подобный подход рано или поздно, по мере накопления достаточно большого набора данных, поможет или окончательно измерить массу нейтрино, или наложить очень строгие ограничения на нее, повысив точность замеров до отметки в 0,1 эВ. Это исключит массу теорий, описывающих свойства нейтрино и расширяющих стандартную модель физики в ту или иную сторону.

Недавно Ткачев и его коллеги опубликовали первые результаты замеров на KATRIN, которые велись с апреля по май текущего года. Несмотря на небольшую длительность наблюдений, немецким физикам и их российским коллегам удалось значительно повысить точность и наложить новые ограничения на массу нейтрино "сверху".

По словам физиков, это уточнение в ближайшее время сильно упростит замеры массы нейтрино другими способами, и оно уже исключило ряд теорий, описывающих происхождение самых высокоэнергетических частиц такого рода, попадающих на Землю из космоса.

Исследователи надеются, что смогут получить однозначный ответ на вопрос о массе нейтрино после того, как они будут вести замеры на протяжении примерно тысячи дней. В таком случае они или определят точную массу нейтрино или же докажут, что она меньше 0,2 эВ.