Şimdiye kadarki en doğru ölçüm bizi 'hayalet' parçacığın gerçek kütlesini bilmeye bir adım daha yaklaştırıyor.
Hayalet nötrinoların geri kalan kütlesi, parçacık fiziğinde en çok aranan niceliklerden biri ve bilim insanları, Almanya'daki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'nden araştırmacıların önderlik ettiği yeni bir deney sayesinde, bunun yerini belirlemeye bir adım daha yaklaştılar.
Nötrinoların kütlesi bilinirse, evrendeki bilinen tüm kuvvetleri ve temel parçacıkları tanımlayan standart parçacık fiziği modelinin ötesinde fiziğe kapı açılabilir.
Nötrinoların tuhaf olduğunu söylemek yetersiz kalır. Bir zamanlar hiçbir kütlenin olmadığı öne sürüldüğünde, zar zor var olan bu parçacığın aslında üç türün bir arada olduğu, uzayda hızla ilerlerken kimliklerin garip bir kuantum bulanıklığı içinde salındığı artık açık. Bu soluk kimlik aynı zamanda kütleyi de ifade eder. Farklı şekillerde gelirnötrinonun değişen görünümüne bulaşmış.
Çok hafif ve tuhaf oldukları için nötrinolar diğer parçacıklarla aynı kurallara göre hareket etmeyebilir. İnanılmaz derecede küçük kütlelerinin doğru bir şekilde eklenmesi, parçacık fiziğindeki yeni modellerin doğrulanmasına veya dışlanmasına yardımcı olabilir.
Ancak fizikçiler üzüm gibi sabit nötrino gruplarını terazide tartamazlar. yerine, Sadece yapabilirler Varlığı onayla Bu atom altı parçacıkların diğer parçacıklarla etkileşimlerine bakarak veya Ürünleri ölçerek Onların çürümesi. Bu sadece parçacık olabilir En kısa an için mevcut Ancak o zaman, fizikçilerin kütle çıkarımını yapabilecekleri bir iz ya da iz bırakıyor.
Bununla birlikte, yüksüz ve neredeyse hiç yerçekimi kuvveti olmayan nötrinolar, diğer parçacıklara yalnızca en zayıf kuvvetleri uygular. Aslında milyarlarca nötrino şu anda vücudunuzdan geçiyor, çoğu Güneş'ten geliyor, ama… Nadiren etkileşime girerler Bizimle.
Ancak diğer atom altı parçacıklar üzerinde çok az etkiye sahip olmaları, nötrinoların maddeyi oluşturan şeyin önemli bir parçası olmadığı anlamına gelmez. onlar ki En bol moleküller Evrende kütlesi olan ve nötrinolardaki bu sıfırdan farklı küçük kütlelerdeki bu farklılıkları neyin oluşturduğunu bilmek, fizikçilerin, nötrinoların salınım biçiminde sergiledikleri Standart Modeldeki bazı tutarsızlıkları çözmelerine veya anlamalarına yardımcı olabilir.
Fizikçiler, farklı yöntemler kullanarak bireysel ve kolektif nötrino kütlelerinin üst sınırlarına ilişkin en iyi tahminlerini sürekli olarak geliştiriyorlar. Elektron nötrinosu adı verilen bir “tat”ın bugüne kadarki en kesin ölçümü, bunun 0,8 MeV'den fazla olamayacağını buldu. Bunu 1 kilogram (veya 2,2 pound) cinsinden kütleye çevirirsek, güneşle karşılaştırıldığında dört kuru üzümün ağırlığına benzer.
En son tahmin Şubat 2022'de Karlsruhe Trityum Nötrino Deneyi tarafından belirlendi (Catherine) Almanya'da, süper ağır bir hidrojen bozunması biçimi olarak yayılan elektronların ve nötrinoların spreyinden anlaşıldı.
Ne kadar küçük olursa olsun bir nötrino kütlesini elde etmenin bir başka yolu, yapay izotop holmiyum-163'ün atom çekirdeğinin iç kabuğundan bir elektronu absorbe etmesi durumunda ne olacağını incelemektir. Sonuç olarak proton nötrona dönüşür, disprosyum-163 üretilir ve nötrino açığa çıkar.
Fizikçiler daha sonra bir tür kalorimetre kullanarak bu bozunmada salınan toplam enerjiyi ölçebilir ve atomun toplam kütlesine ve Einstein'ın ünlü denklemi E = mc2'ye dayanarak etere uçan “kayıp” nötrino kütlesini çıkarabilirler.2Kütle ve enerjinin eşit olduğu yer.
Bu sözde olarak hesaplanır x değeri: Bir bozunma reaksiyonundan sonra atomik parçacıkların toplamından “kaybedilen” kütleye çevrilebilecek enerji farkı. Bu kütle farkı nötrino olarak yorumlanır.
Ancak holmiyum-163'ün bulunduğu altın atomları bu bozunma reaksiyonunu etkileyebilir. Açıklıyor Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'nden fizikçi ve yeni çalışmanın baş yazarı Christoph Schweiger.
“Bu nedenle, olası sistematik hata kaynaklarını tespit etmek için Q değerini alternatif bir yöntem kullanarak mümkün olduğunca doğru ölçmek ve bunu kalorimetri tarafından belirlenen değerle karşılaştırmak önemlidir.” o diyor.
Bunu yapmak için Schweiger ve meslektaşları beş sözde deneyi birleştiren bir deney düzenlediler. Tuzak yazmavakuma yerleştirilmiş ve yaklaşık 4 Kelvin (-269,1 santigrat derece veya -452,5 Fahrenheit derece) sıcaklıktaki sıvı helyuma batırılmış süper iletken bir mıknatısın içinde üst üste istiflenmiştir.
Tüm bu çaba, ekipmanın Penning tuzaklarındaki parçacıkları yakalayacak ve yüklü holmiyum-163 ile disprosyum-163 iyonları arasındaki çok küçük enerji farklarını ölçecek kadar hassas olmasını sağlayacak şekilde korunmasına yardımcı oluyor.
Schweiger, “Maksimum taşıma kapasitesine sahip bir Airbus A-380'in üzerine tek bir damla su düşüp düşmediğini belirlemek için bu hassasiyeti kullanabilirsiniz” dedi. o diyor.
Aslında araştırmacılar, gelen holmiyum-163 iyonlarını ve sonuçta ortaya çıkan disprosyum-163 iyonlarını 2863,2 ± 0,6 eVC'lik bir Q değerine ulaşacak şekilde ölçtüler.-22833 ± 34 V C değerine ulaşan önceki voltajdan 50 kat daha doğru.-2.
Schweiger ve meslektaşları, daha kesin, bağımsız olarak ölçülen bir Q değerinin diğer deneysel sonuçlarla birlikte kullanılmasının “nötrino kütlesinin belirlenmesindeki sistematik belirsizlikleri değerlendirmek için hayati önem taşıdığını” söylüyor. Yayınlanan makalelerinde yazma.
Her ne kadar bulmacanın sadece bir parçası olsa da, Q gibi metriklerdeki geliştirilmiş çözünürlük, parçacık dünyasındaki tuhaf, parıldayan hayaletlerin neden hayalet gibi davrandığını anlamak için çok çeşitli yöntemlerle birleştirilebilir.
Çalışma şu tarihte yayınlandı: Doğa fiziği.
