Физики уточнили возможную массу антинейтрино

Ученые, работающие на установке KATRIN в немецком городе Карлсруэ, с помощью измерения энергетического спектра быстрых электронов, возникающих при распаде молекулярного трития, определили верхний предел эффективной массы электронного антинейтрино — менее 0,8 электронвольта.

«Масса нейтрино как минимум на пять порядков меньше, чем масса любого другого фермиона Стандартной модели физики элементарных частиц, что может указывать на другой лежащий в основе механизм создания масс, — говорит руководитель проекта KATRIN Гвидо Дрекслин. — Определение массы нейтрино, таким образом, пролило бы свет на фундаментальный открытый вопрос о происхождении массы частиц. Несмотря на малость своей массы, нейтрино играют решающую роль в эволюции крупномасштабных структур нашего космоса из-за их большого количества во Вселенной. Следовательно, прямое измерение массы нейтрино может дать ключевой вклад в модели формирования космологических структур».

Существование нейтрино было предсказано теоретиками в 1930 году, и лишь в 1956 году американские физики Фредерик Райнес и Клайд Коуэн впервые сумели получить след нейтрино на детекторе. На следующий год Бруно Понтекорво в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» опубликовал статью, где предположил, что нейтрино разных типов (электронное, мюонное и тау-нейтрино) могут превращаться друг в друга (осциллировать). Это предположение было весьма интересным, так как для существования нейтринных осцилляций было необходимо наличие у этой частицы ненулевой массы, тогда как до этого большинство ученых считали, что нейтрино массой не обладает. С тех пор нейтринные осцилляции были обнаружены (подробнее об этом можно прочитать в очерке «Нейтрино меняет маски»). Физики в ходе различных экспериментов пытались измерить эту массу, но удалось установить лишь, что верхняя граница суммы масс всех типов нейтрино составляет около 0,28 эВ.

Один из способов узнать массу нейтрино состоит в измерении энергии, выделяемой при бета-распаде. Самый точный эксперимент такого рода — проект KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment), где масса электронного антинейтрино измеряется с точностью менее одного электронвольта путем изучения спектра электронов, испускаемых при бета-распаде трития. Основой установки является 200-тонный спектрометр. Открытие установки и тестовый запуск состоялись 11 июня 2018 года, первый цикл научных исследований начался 10 апреля следующего года. Проведенные с тех пор два цикла экспериментов позволили установить, что верхняя возможная граница массы электронного антинейтрино составляет 0,8 электронвольта.

Результаты опубликованы в журнале Nature Physics.