KATRIN stanovuje nový rekord: hmotnosť neutrín po prvýkrát na 0,45 eV!

KATRIN stanovuje nový rekord: hmotnosť neutrín po prvýkrát na 0,45 eV!

11. apríla 2025 „Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment“ (KATRIN) na Karlsruhe Institute of Technology (KIT) dosiahol pozoruhodný pokrok vo výskume neutrín. V článku uverejnenom v časopiseVedabola stanovená nová horná hranica pre hmotnosť neutrína najviac 0,45 elektrónvoltov (eV), čo je len 8 x 10^-37zodpovedá kilogramom. Toto zistenie predstavuje globálny rekord a je kľúčové pre objasnenie fyzikálnych vlastností jednej z najmenej pochopených častíc vo vesmíre. Presné meranie hmotnosti neutrín je kľúčové pre pochopenie základných zákonov prírody, ako vysvetľuje spolupráca KATRIN.

Neutrína, ktoré existujú v troch hlavných typoch – elektrónové, miónové a tau neutrína – sú elektricky neutrálne a zriedka reagujú s hmotou. Experiment KATRIN využíva beta rozpad trícia na presné meranie hmotnosti neutrín. Počas tohto procesu sa neutrón transformuje na protón a emituje elektrón a elektrónové antineutríno. Analýza distribúcie energie týchto častíc umožňuje vedcom vyvodiť závery o hmotnosti neutrín. Informácie o odhadovanej hmotnosti neutrín v roku 2025 očakávajú priblíženie sa k 0,3 eV s 90% spoľahlivosťou.

Technické detaily experimentu KATRIN

Systém KATRIN je dlhý 70 metrov a obsahuje spektrometer s vysokým rozlíšením a priemerom desať metrov. Merania hmotnosti neutrín sa uskutočňovali celkovo 259 dní v piatich meracích kampaniach, počas ktorých sa analyzovalo približne 36 miliónov elektrónov. Toto množstvo údajov šesťnásobne prevyšuje predchádzajúce merania a umožňuje oveľa presnejšie štúdium hmotnosti neutrín. Výsledky spoločnosti KATRIN tiež potvrdzujú teóriu, že neutrína sú najmenej miliónkrát ľahšie ako elektróny a posilňujú dôkaz, že neutrína majú hmotnosť - aspekt, ktorý je v rozpore s tradičným predpokladom v štandardnom modeli.

Výskumníci výrazne spresnili limity meraní neutrín prostredníctvom vylepšených metód zberu údajov a zníženia systematických neistôt. Christian Weinheimer z univerzity v Münsteri, jeden z predchádzajúcich rečníkov experimentu, a jeho tím zohrali kľúčovú úlohu pri nastavení a prevádzke KATRIN a vyvinuli inovatívne metódy analýzy a merania, ktoré výrazne zvyšujú citlivosť experimentov.

Výhľad a budúce projekty

Merania hmotnosti neutrín v rámci KATRIN budú prebiehať do konca roku 2025. Od roku 2026 bude pripojený nový detektorový systém s názvom TRISTAN, ktorý umožní vyhľadávanie hypotetických sterilných neutrín. Okrem toho prebieha výskumný a vývojový program s názvom KATRIN++ s cieľom vyvinúť koncepty pre budúce experimenty s hmotou neutrín. Do tohto medzinárodného spoločného projektu sú zapojení vedci z viac ako 20 inštitúcií zo siedmich krajín.

Stručne povedané, pokrok experimentu KATRIN nielen ukazuje, aký dôležitý je výskum neutrín pre pochopenie nášho vesmíru, ale aj to, aké inovatívne prístupy sú možné v modernej časticovej fyzike. Zistenia spoločnosti KATRIN posúvajú hranice poznania a poukazujú na obrovské výzvy, ktorým vedci čelia. Výsledky a techniky tohto výskumu majú potenciál natrvalo zmeniť celú oblasť časticovej fyziky.

Ďalšie informácie o výsledkoch experimentu KATRIN nájdete v správach uni-muenster.de, deinkalert.org a kit.edu.