كاترين تسجل رقمًا قياسيًا جديدًا: كتلة النيوترينو تصل إلى 0.45 فولت لأول مرة!

كاترين تسجل رقمًا قياسيًا جديدًا: كتلة النيوترينو تصل إلى 0.45 فولت لأول مرة!

في 11 أبريل 2025، حققت "تجربة كارلسروه تريتيوم نيوترينو" (KATRIN) في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) تقدمًا ملحوظًا في أبحاث النيوترينو. في مقال نشر في المجلةعلومتم نشره، وتم تحديد حد أعلى جديد لكتلة النيوترينو بحد أقصى 0.45 إلكترون فولت (eV)، وهو 8 × 10 فقط.^-37يتوافق مع كيلوغرامات. يمثل هذا الاكتشاف رقما قياسيا عالميا وهو أمر بالغ الأهمية لتسليط الضوء على الخصائص الفيزيائية لأحد الجسيمات الأقل فهما في الكون. يعد القياس الدقيق لكتلة النيوترينو أمرًا أساسيًا لفهم القوانين الأساسية للطبيعة، كما يوضح تعاون كاترين.

النيوترينوات، التي توجد في ثلاثة أنواع رئيسية - نيوترينوات الإلكترون والميون والتاو - محايدة كهربائيًا ونادرًا ما تتفاعل مع المادة. تستخدم تجربة كاترين اضمحلال بيتا للتريتيوم لقياس كتلة النيوترينو بدقة. خلال هذه العملية، يتحول النيوترون إلى بروتون ويصدر إلكترونًا وإلكترونًا مضادًا للنيوترينو. يتيح تحليل توزيع الطاقة لهذه الجسيمات للعلماء استخلاص استنتاجات حول كتلة النيوترينوات. من المتوقع أن تقترب المعلومات المتعلقة بكتلة النيوترينو المقدرة في عام 2025 من 0.3 فولت بثقة 90٪.

التفاصيل الفنية لتجربة كاترين

ويبلغ طول نظام كاترين 70 مترًا، ويتضمن مطيافًا عالي الدقة يبلغ قطره عشرة أمتار. وتم إجراء قياسات كتلة النيوترينو على مدار 259 يومًا في خمس حملات قياس، تم خلالها تحليل حوالي 36 مليون إلكترون. وتتجاوز هذه الكمية من البيانات القياسات السابقة بستة أضعاف، وتتيح دراسة أكثر دقة لكتلة النيوترينو. تؤكد نتائج كاترين أيضًا النظرية القائلة بأن النيوترينوات أخف بمليون مرة على الأقل من الإلكترونات وتعزز الأدلة على أن النيوترينوات لها كتلة - وهو جانب يتناقض مع الافتراض التقليدي في النموذج القياسي.

لقد قام الباحثون بتحسين حدود قياسات النيوترينو بشكل كبير من خلال تحسين أساليب جمع البيانات وتقليل الشكوك المنهجية. لعب كريستيان فاينهايمر من جامعة مونستر، أحد المتحدثين السابقين في التجربة، وفريقه دورًا رئيسيًا في إعداد وتشغيل كاترين، وقاموا بتطوير طرق تحليل وقياس مبتكرة تزيد من حساسية التجارب بشكل كبير.

التوقعات والمشاريع المستقبلية

ستستمر قياسات كتلة النيوترينو كجزء من كاترين حتى نهاية عام 2025. اعتبارًا من عام 2026 فصاعدًا، سيتم ربط نظام كاشف جديد يسمى تريستان، والذي سيمكن من البحث عن النيوترينوات العقيمة الافتراضية. بالإضافة إلى ذلك، يجري حاليًا تنفيذ برنامج بحث وتطوير يسمى KATRIN++ لتطوير مفاهيم للتجارب المستقبلية على كتلة النيوترينو. ويشارك علماء من أكثر من 20 مؤسسة من سبع دول في هذا المشروع الدولي المشترك.

باختصار، إن التقدم الذي أحرزته تجربة كاترين لا يوضح فقط مدى أهمية البحث في النيوترينوات لفهم كوننا، ولكن أيضًا ما هي الأساليب المبتكرة الممكنة في فيزياء الجسيمات الحديثة. إن النتائج التي توصلت إليها كاترين تدفع حدود المعرفة وتسلط الضوء على التحديات الهائلة التي تواجه العلماء. نتائج وتقنيات هذا البحث لديها القدرة على تغيير مجال فيزياء الجسيمات بأكمله بشكل دائم.

لمزيد من المعلومات حول نتائج تجربة كاترين، اقرأ التقارير uni-muenster.de, deinkalert.org و kit.edu.