Nötrinolar evrendeki en esrarengiz parçacıklar arasındadır. Her yerde bulunurlar, ancak madde ile son derece nadiren etkileşime girerler.
Kozmolojide, büyük ölçekli galaksi yapılarının oluşumunu etkilerken, parçacık fiziğinde, küçük kütleleri daha önce bilinmeyen fiziksel süreçlerin bir göstergesidir. Bu nedenle nötrino kütlesinin tam olarak ölçülmesi, doğanın temel yasalarının tam olarak anlaşılması için gereklidir.
Burası tam olarak Uluslararası ortaklarıyla Katrin denemesinin devreye girdiği yerdir. Katrin, nötrino kütlesini değerlendirmek için kararsız bir hidrojen izotopu olan trityumun beta bozulmasını kullanır. Çürümeden kaynaklanan elektronların enerji dağılımı, nötrino kütlesinin doğrudan kinematik bir belirlenmesini sağlar.
Çalışma dergide yayınlandı Bilim.
Bunu başarmak son derece gelişmiş teknik bileşenler gerektirir: 70 metrelik ışın çizgisi, yoğun bir trityum kaynağının yanı sıra 10 metre çapında yüksek çözünürlüklü bir spektrometreye sahiptir. Bu son teknoloji, doğrudan nötrino kütle ölçümlerinde benzeri görülmemiş bir hassasiyet sağlar.
Katrin deneyinden elde edilen mevcut verilerle, 0.45 elektron volt/c’lik bir üst sınır2 (8 x 10’a karşılık gelir-37 kilogram) nötrino kütlesi için türetilebilir. 2022’deki sonuçlarla karşılaştırıldığında, üst sınır neredeyse iki kat daha azaltılabilir.
Verilerin değerlendirilmesi
İlk veri kümelerinin kalitesi, 2019’da ölçümlerin başlangıcından bu yana sürekli iyileşti.
“Bu sonuç için 2019’dan 2021’e kadar yaklaşık 250 günlük veri toplama-Katrin’den beklenen toplam verilerin yaklaşık% 25’i” diye açıklıyor. “
Susanne Mertens (Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü (MPIK) ve Teknik Üniversite Münih (Tum)), “Her kampanyayla yeni bilgiler kazandık ve deney koşullarını daha da optimize ettik.”
Son derece karmaşık verilerin değerlendirilmesi muazzam bir zorluk yarattı ve uluslararası veri analiz ekibinden en yüksek hassasiyet seviyesini gerektirdi.
Ko-analiz koordinatörü Alexey Lokhov (Kit) “Eşan edilmemiş bir doğruluk seviyesi gerektiğinden, Katrin verilerinin analizi son derece zorludur.” Ortak analiz koordinatörü Christoph Wiesinger (Tum/MPIK), “Yapay zeka önemli bir rol oynayan en son teknoloji analiz yöntemlerini kullanmamız gerekiyor.”
Gelecekteki ölçümler için görünüm
Araştırmacılar, “Nötrino kütlesi ölçümlerimiz 2025’in sonuna kadar devam edecek. Deney ve analizin sürekli iyileştirilmesi ve daha büyük bir veri seti ile daha da yüksek bir hassasiyet bekliyoruz – ve muhtemelen çığır açan yeni keşifler” diyor Katrin.
Katrin zaten doğrudan nötrino kütle ölçümlerinin küresel alanına öncülük ediyor ve önceki deneylerin sonuçlarını ilk verileriyle dört kat daha fazla aştı. En son bulgular, nötrinoların en hafif elektrik yüklü temel parçacıklar olan elektronlardan en az bir milyon kat daha hafif olduğunu göstermektedir. Bu muazzam kitle farkının açıklanması teorik parçacık fiziği için temel bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Nötrino kütlesinin kesin ölçümüne ek olarak, Katrin zaten bir sonraki aşamayı planlıyor. 2026’dan itibaren yeni bir dedektör sistemi olan Tristan kurulacak.
Deneye yapılan bu yükseltme, bilinen nötrinolardan bile daha zayıf etkileşime giren steril, varsayımsal bir parçacık arayışını sağlayacaktır.
Kev/c’de bir kütle ile2 Menzil, steril nötrinolar karanlık madde için potansiyel bir adaydır. Buna ek olarak, Katrin ++, daha hassas doğrudan nötrino kütle ölçümleri elde edebilen yeni nesil bir deney için kavramlar tasarlamayı amaçlayan bir araştırma ve geliştirme programı başlatacak.
