Астрофизики в 4 раза сузили диапазон возможной массы нейтрино
Команда, состоящая из почти полутора сотен физиков, попыталась с помощью футуристической установки в очередной раз совершить практически невозможное. А именно — «взвесить» нейтрино. И, хотя в полном смысле им это не удалось, они в два раза сузили диапазон, в пределах которого должна быть заключена искомая масса. Что уже можно считать грандиозным успехом в деле изучения этой сверхлегкой и сверхбыстрой частицы.
Вычисление массы нейтрино — один из самых значительных вызовов, стоящих перед современной физикой (лишь немного уступающий поискам темной материи и энергии). Эта частица, движущаяся почти со световой скоростью и пронзающая все на своем пути, практически неуловима. Поэтому к данной цели ученые идут двумя основными путями. В рамках первого из них астрономы пытаются вычислить искомый параметр на основе явлений космических масштабов — таких, как распределение галактик. И благодаря нему уже удалось добиться ряда успехов.
Но данный метод, пусть и сравнительно надежен, имеет существенные ограничения по точности. Поэтому команда, объединившая 149 физиков из разных частей света, решила достичь цели экспериментальным путем — с помощью громадной 200-тонной установки под названием KATRIN, построенной в немецком Карлсруэ. Она продолжает традицию, берущую свое начало еще в 1940-х годах — в рамках которой ученые пытаются «ловить» нейтрино, вырывающиеся при бета-распаде трития (самого тяжелого изотопа водорода).
В длинном трубчатом хранилище газа искусственно генерируется высокая интенсивность распадов. Затем, создавая гигантское магнитное поле (в 50 000 раз сильнее земного), KATRIN заставляет электроны вращаться и попадать в гигантскую камеру — размерами 10 на 23 метра. Здесь поле слабеет, производя своеобразный «отсев» электронов — из 100 миллиардов, появляющихся каждую секунду, детектора достигают буквально единицы. Изменяя силу поля и подсчитывая количество «финишировавших» электронов, исследователи определяют верхнюю границу их энергетического спектра — что и дает ограничение массы нейтрино.
В 2019 году верхний предел массы для нейтрино был установлен на уровне 2 эВ. Теперь, после трехлетнего исследования (в ходе которого было зафиксировано 16 миллионов электронов), ученые снизили этот предел четырехкратно. Согласно новейшим расчетам, нейтрино должны обладать массой менее 0,45 электронвольта.
«Приятно видеть, что им удалось провести этот сложнейший эксперимент», — отметил директор Института физики высоких энергий Китайской академии наук Ван Ифан.
Другими словами, они как минимум в миллион раз легче электрона (который когда-то считался самой легкой частицей из всех, обладающих массой). Это не слишком удивительно — ведь ограничения, выявленные астрофизиками, еще ниже (примерно в десять раз). Но их надежность оставляет желать много лучшего. Поэтому нельзя не согласиться с китайским ученым: новое исследование — это действительно прорыв. К тому же за несколько лет его авторы надеются повысить чувствительность измерений еще на 50%.
