KATRIN püstitas uue rekordi: neutriino mass on esmakordselt 0,45 eV!

KATRIN püstitas uue rekordi: neutriino mass on esmakordselt 0,45 eV!

11. aprillil 2025 saavutas Karlsruhe Tehnoloogiainstituudis (KIT) läbiviidud „Karlsruhe triitiumi neutriinokatse“ (KATRIN) neutriinouuringute alal märkimisväärseid edusamme. Ajakirjas avaldatud artiklisTeadusavaldati, määrati neutriino massi uus ülempiir maksimaalselt 0,45 elektronvolti (eV), mis on vaid 8 x 10^-37vastab kilogrammidele. See leid kujutab endast ülemaailmset rekordit ja on ülioluline universumi ühe kõige vähem mõistetava osakese füüsikaliste omaduste valgustamiseks. Neutriino massi täpne mõõtmine on põhiliste loodusseaduste mõistmisel kesksel kohal, nagu selgitab KATRINi koostöö.

Neutriinod, mida leidub kolmes peamises tüübis – elektronide, müüoni ja tau neutriinodes – on elektriliselt neutraalsed ja reageerivad ainega harva. KATRIN-i katses kasutatakse neutriino massi täpseks mõõtmiseks triitiumi beeta-lagunemist. Selle protsessi käigus muundub neutron prootoniks ja kiirgab elektroni ja elektroni antineutriino. Nende osakeste energiajaotuse analüüsimine võimaldab teadlastel teha järeldusi neutriinode massi kohta. Teave hinnangulise neutriino massi kohta 2025. aastal peaks lähenema 0,3 eV-le 90% kindlusega.

KATRINi eksperimendi tehnilised üksikasjad

KATRIN süsteem on 70 meetrit pikk ja sisaldab kümnemeetrise läbimõõduga kõrglahutusega spektromeetrit. Neutriino massi mõõtmised viidi läbi kokku 259 päeva jooksul viie mõõtmiskampaania käigus, mille käigus analüüsiti umbes 36 miljonit elektroni. See andmehulk ületab varasemaid mõõtmisi kuus korda ja võimaldab neutriino massi palju täpsemalt uurida. KATRINi tulemused kinnitavad ka teooriat, et neutriinod on vähemalt miljon korda kergemad kui elektronid, ja kinnitavad tõendeid selle kohta, et neutriinodel on mass – aspekt, mis on vastuolus standardmudeli traditsioonilise eeldusega.

Teadlased on täiustatud andmekogumismeetodite ja süstemaatilise määramatuse vähendamise kaudu oluliselt täpsustanud neutriinode mõõtmise piire. Üks katse eelkõnelejatest Christian Weinheimer Münsteri ülikoolist ja tema meeskond mängisid KATRINi loomisel ja käitamisel võtmerolli ning töötasid välja uuenduslikud analüüsi- ja mõõtmismeetodid, mis suurendavad oluliselt katsete tundlikkust.

Väljavaade ja tulevikuprojektid

KATRINi osana toimuvad neutriino massi mõõtmised kuni 2025. aasta lõpuni. Alates 2026. aastast ühendatakse uus detektorsüsteem nimega TRISTAN, mis võimaldab otsida hüpoteetilisi steriilseid neutriinosid. Lisaks on käimas uurimis- ja arendusprogramm KATRIN++, et töötada välja kontseptsioonid tulevaste neutriino massiga seotud katsete jaoks. Sellesse rahvusvahelisse ühisprojekti on kaasatud teadlased enam kui 20 asutusest seitsmest riigist.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et KATRINi eksperimendi edenemine ei näita mitte ainult seda, kui oluline on neutriinode uurimine meie universumi mõistmisel, vaid ka seda, millised uuenduslikud lähenemisviisid on kaasaegses osakeste füüsikas võimalikud. KATRINi leiud nihutavad teadmiste piire ja toovad esile tohutud väljakutsed, millega teadlased silmitsi seisavad. Selle uurimistöö tulemused ja tehnikad võivad jäädavalt muuta kogu osakeste füüsika valdkonda.

KATRINi katse tulemuste kohta lisateabe saamiseks lugege aruandeid uni-muenster.de, deinkalert.org ja kit.edu.