На пути к новой физике: ученые приблизились к пониманию массы призрачной частицы нейтрино

Физики сделали важный шаг на пути к пониманию массы неуловимой призрачной частицы нейтрино. Точное измерение массы нейтрино позволит физикам лучше понять эволюцию Вселенной и возможно обнаружить неизвестную физику, которая выходит за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц. Но измерить массу нейтрино не так и просто. Призрачные частицы не имеют электрического заряда и почти не имеют массы, а это значит, что они проникают через обычную материю со скоростью, которая близка к скорости света. Чтобы приблизиться к наиболее точному верхнему пределу массы нейтрино, ученые разработать новый эксперимент. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics, пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Каждую секунду через каждый квадратный сантиметр тела человека проносится примерно 100 млрд нейтрино. Эти неуловимые призрачные частицы производят звезды, взрывы сверхновых, а также они возникают при радиоактивном распаде. Нейтрино по своей распространенности во Вселенной уступают только фотонам, что есть частицам света.

Раньше физики считали, что нейтрино вообще не имеют массы. Но затем были обнаружены нейтрино, которые прилетают с Солнца и оказалось, что они могут случайным образом переключаться между тремя видами нейтрино: электронным, мюонным и тау-нейтрино. Все они относятся к разным частицам, с которыми взаимодействует нейтрино. Такое преобразование может быть возможно, если нейтрино имеют некоторую массу.

Но странность нейтрино состоит в том, что ни у одно вида частицы нет четко определенной массы. Вместо этого они представляют собой комбинации трех разных массовых состояний. Это значит, что физики ищут не точное значение массы нейтрино, а верхний предел того, насколько большой может быть эта масса.

Почти 99% массы любого объекта формируется за счет энергии связи, которая удерживает вместе элементарные частицы внутри атомов. Однако оставшийся 1% — это собственная масса нейтрино. Чтобы найти эту массу, физики ищут так называемое значение Q, то есть разницу между суммой масс исходных реагентов и суммой масс конечных продуктов. Если иметь это значение, то дальнейшие измерения могут извлечь собственную массу нейтрино из общей массы атома.

Прошлый эксперимент позволил ученым получить точную оценку массы нейтрино, когда они измеряли энергию при распаде сверхтяжелого водорода в гелий, когда происходит выход электрона и нейтрино. Тогда верхний предел массы нейтрино был получен на уровне 0,8 электронвольт, то есть это в 500 тысяч раз меньше массы электрона.

С другой стороны, такое измерение можно провести с помощью наблюдений за захватом электрона искусственным изотопом гольмий-163, когда он превращается в изотоп диспрозий-163 с выходом нейтрино. Но для этого изотоп должен быть окружен атомами золота. А эти атомы могут оказать влияние на гольмий-163.

Поэтому ученые разработали другой эксперимент для измерения верхнего предела массы нейтрино с помощью пяти устройств, известных, как ловушка Пеннинга.

Ученые поместили заряженные ионы гольмия-163 и диспрозия-163 внутрь устройств и измерили еле уловимые различия в скорости их колебаний. Таким образом физики оценили разницу в их энергиях, которая была вызвана дополнительным нейтрино.

В результате они измерили значение Q, которое в 50 раз точнее, чем результат любого предыдущего эксперимента. Имея этот результат можно еще лучше оценить верхний предел массы нейтрино, говорят ученые.

Как уже писал Фокус, физики объединили два метода для того, чтобы получить термоядерную энергию. Ученые успешно испытали новый комбинированный метод управления плазмой в термоядерном реакторе.

Также Фокус писал о том, что найдены доказательства существования скрытой планеты в Солнечной системе. По словам ученых, у них есть самые убедительные статистические доказательства того, что Девятая планета существует.