Нейтрино – найлегші елементарні частинки у всесвіті, згідно з нашим сучасним уявденням про фізику. © Згенеровано сервісом DALL-E на запит ZN.UA «Частинки-привиди» мільярдами проносяться крізь наші тіла кожну секунду.
Фізики зробили крок до вимірювання маси нейтрино, що може прояснити низку деталей у Стандартній моделі фізики частинок, пише Live Science.
У нейтрино немає електричного заряду і майже немає маси, отже, вони пролітають крізь звичайну матерію зі швидкістю, близьку до швидкості світла. Щоб наблизитися до найточнішої верхньої межі маси нейтрино, дослідникам довелося розробити експеримент із безпрецедентною чутливістю.
Кожну секунду через кожен квадратний сантиметр вашого тіла проходить близько 100 мільярдів нейтрино. Вперше виявлені в 1956 році в ядерному реакторі, вони поступаються тільки фотонам (частинкам світу) як найпоширеніші субатомні частинки у всесвіті.
У минулому фізики припускали, що в нейтрино (як і фотонів) немає маси спокою, і цей факт робив їх існування сумісним зі Стандартною моделлю фізики частинок. Але це припущення було спростовано відкриттям нейтрино, що вилітають із Сонця, які можуть довільно перемикатися між трьома «ароматами» нейтрино – електронним, мюонним та тау-нейтрино, які позначають різні частки. Таке перетворення можливе тільки в тому випадку, якщо нейтрино мають деяку масу, що змушує фізиків розробляти складні експерименти з її вимірювання.
Майже 99% маси будь-якого об’єкта, включаючи наше власне тіло, складає енергія зв’язку, що утримує елементарні частинки разом усередині атомів. 1% маси складають ці частки.
Щоб знайти цю внутрішню масу, фізики шукають так зване значення Q – різницю між сумою вихідних мас реагентів і сумою мас кінцевих продуктів. Маючи це значення, подальші виміри дозволяють витягти власну масу із загальної маси атома.
В одному з експериментів з вимірювання маси нейтрино, Карлсруеському тритієвому нейтринному експерименті (KATRIN) в Німеччині, була знайдена точна оцінка маси нейтрино шляхом вимірювання енергії – і, згідно E = mc2 Айнштайна, різниці мас – при розпаді надважкого водню на гелій електрона та нейтрино в процесі.
Кращий результат експерименту KATRIN показав, що верхня межа маси нейтрино становить 0.8 електронвольта, що приблизно в 500,000 разів менше маси електрона.
Цей вимір можна провести і у зворотному напрямку, спостерігаючи, як електрон захоплюється штучним ізотопом гольмію-163, перетворюється на диспрозій-163 і вивільняє нейтрино. Але для цього ізотоп має бути оточений атомами золота.
«Однак ці атоми золота можуть впливати на гольмій-163. Тому важливо якомога точніше виміряти значення Q за допомогою альтернативного методу та порівняти його зі значенням маси, визначеним методом KATRIN, щоб виявити можливі джерела помилок», – каже Швайгер.
Щоб наблизитися до окремого виміру невловимої маси нейтрино, дослідники розробили експеримент Пенантрап – комбінацію з п’яти «пасток Пеннінга», які можуть захоплювати атоми в комбінацію електричного та магнітного полів, в яких вони розгойдуються в «танці по колу».
Помістивши заряджені іони гольмію-163 і диспрозію-163 у пастки Пеннінга і вимірявши тонкі відмінності у швидкості їхніх коливань, фізики визначили різницю в їхніх енергіях, викликану додатковим нейтрино.
В результаті було виміряно значення Q, яке, за словами дослідників, у 50 разів точніше, ніж результат будь-якого попереднього експерименту. З цим результатом верхня межа маси нейтрино стала ще на один крихітний, але важливий крок ближче.
Тим часом шведські вчені винайшли матеріал «Голден», товщина якого – один атом. Його називають «братом» графена.
