Φυσικοί μέτρησαν με ακρίβεια το ανώτατο όριο μάζας του νετρίνου!

Τη μέγιστη δυνατή μάζα ενός ασύλληπτου «σωματιδίου-φάντασμα», που ονομάζεται νετρίνο, υπολόγισαν οι Φυσικοί περιορίζοντας το βάρος του σε τουλάχιστον ένα εκατομμυριοστό του βάρους ενός ηλεκτρονίου. Η αναθεώρηση αυτή οδηγεί τους επιστήμονες ένα ακόμη βήμα προς μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να αλλάξει ή και να ανατρέψει το Καθιερωμένο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής.

Το Σύμπαν μας κατακλύζεται από σωματίδια-φαντάσματα ύλης. Κάθε δευτερόλεπτο, περίπου 100 δισεκατομμύρια νετρίνα περνούν μέσα από κάθε τετραγωνικό εκατοστό του σώματός μας. Παράγονται σε πολλά μέρη: στην πυρηνική καύση των άστρων, σε τεράστιες αστρικές εκρήξεις, από τη ραδιενεργό διάσπαση και σε επιταχυντές σωματιδίων και πυρηνικούς αντιδραστήρες στη Γη.

Παρόλο που είναι η πιο κοινή μορφή ύλης στο Σύμπαν, οι ελάχιστες αλληλεπιδράσεις των νετρίνων με άλλους τύπους ύλης καθιστούν διαβόητα δύσκολο τον εντοπισμό τους και είναι τα μόνα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου των οποίων η ακριβής μάζα παραμένει ανεξήγητη.

Η αναζήτηση αυτής της μάζας θα μπορούσε να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην κατανόηση του Σύμπαντος. Παρά τις άφθονες πειραματικές ενδείξεις για το αντίθετο, το Καθιερωμένο Πρότυπο προβλέπει ότι τα νετρίνα δεν θα έπρεπε να έχουν καθόλου μάζα. Η εύρεση τους, επομένως, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά το μοντέλο και να προκύψει μια νέα Φυσική. Μπορεί ακόμη και να εξηγήσει γιατί υπάρχουμε.

Τώρα, νέα ευρήματα από το πείραμα Karlsruhe Tritium Neutrino (ή KATRIN) στη Γερμανία έχουν προχωρήσει πιο κοντά σε αυτόν τον στόχο – θέτοντας ένα ανώτατο όριο για τη μάζα του σωματιδίου-φάντασμα στα 0,45 ηλεκτρονιοβόλτ, το οποίο μειώνει το προηγούμενο ανώτατο όριο του πειράματος σχεδόν στο μισό.

Τα νετρίνα έρχονται σε τρεις διαφορετικές καταστάσεις γεύσης που ονομάζονται νετρίνα ηλεκτρονίων, μιονίων και ταυ, με βάση τα διαφορετικά σωματίδια με τα οποία αλληλεπιδρούν. Αυτές οι καταστάσεις γεύσης πιστεύεται ότι είναι μείγματα καταστάσεων μάζας και η ισχυρότερη απόδειξη ότι τα νετρίνα έχουν μάζα είναι επειδή, περιέργως, μπορούν αυθόρμητα να αλλάζουν μεταξύ των γεύσεων εν κινήσει – μια διαπίστωση που χάρισε στους ερευνητές τους το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2015. Ωστόσο, αυτή η μάζα είναι απειροελάχιστη, και οι Φυσικοί δεν έχουν πραγματικά μια ακριβή εξήγηση γιατί συμβαίνει αυτό.

Για να αναζητήσουν μια απάντηση, οι Φυσικοί που βρίσκονται πίσω από τη νέα έρευνα στράφηκαν στις ραδιενεργές διασπάσεις του ασταθούς ισοτόπου του υδρογόνου, του τριτίου, το οποίο διασπάται σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο ηλεκτρονίου – το αντίστοιχο αντιύλης του νετρίνου ηλεκτρονίου.

Τα νετρίνα, ή τα αντινετρίνα για την ακρίβεια, δεν μπορούν να ανιχνευθούν άμεσα, αλλά η ενέργεια που αφαιρεί η μάζα τους από την ταχύτητα του συνοδευτικού ηλεκτρονίου μπορεί να ανιχνευθεί. Οι ερευνητές του KATRIN ανίχνευσαν ένα εντυπωσιακό αριθμό 36 εκατομμυρίων από αυτά τα ηλεκτρόνια καθώς τα σωματίδια έφταναν στον ανιχνευτή στο άλλο άκρο του πειράματος. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να συμπεράνουν τη μέγιστη μάζα αντινετρίνων ηλεκτρονίων.

Με αυτό το ανώτατο όριο που έχει τεθεί, οι Φυσικοί θα συνεχίσουν να συλλέγουν περισσότερα δεδομένα μέχρι το τέλος του 2025 για να περιορίσουν ακόμη περισσότερο τη μάζα των νετρίνων.

Παράλληλα, άλλοι επιστήμονες αναζητούν τη μάζα χρησιμοποιώντας παρόμοιες διασπάσεις τριτίου, μελετώντας άλλες διασπάσεις σωματιδίων που ονομάζονται πιόνια και καόνια, ακόμα και κοιτάζοντας στο Διάστημα αρχαία κρουστικά κύματα που έχουν χαραχθεί στο πρώιμο Σύμπαν. Αυτό που θα βρουν θα μπορούσε να φέρει την εικόνα μας για το Σύμπαν σε μεγαλύτερη εστίαση, ή να την αλλάξει για πάντα.

[via]