На шляху до нової фізики: вчені наблизилися до розуміння маси примарної частинки нейтрино

Фізики зробили важливий крок на шляху до розуміння маси невловимої примарної частинки нейтрино. Точне вимірювання маси нейтрино дасть змогу фізикам краще зрозуміти еволюцію Всесвіту і, можливо, виявити невідому фізику, яка виходить за межі Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Але виміряти масу нейтрино не так і просто. Примарні частинки не мають електричного заряду і майже не мають маси, а це означає, що вони проникають крізь звичайну матерію зі швидкістю, що близька до швидкості світла. Щоб наблизитися до найбільш точної верхньої межі маси нейтрино, вчені розробити новий експеримент. Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Physics, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Щосекунди через кожен квадратний сантиметр тіла людини проноситься приблизно 100 млрд нейтрино. Ці невловимі примарні частинки продукують зірки, вибухи наднових, а також вони виникають під час радіоактивного розпаду. Нейтрино за своєю поширеністю у Всесвіті поступаються лише фотонам, тобто частинкам світла.

Раніше фізики вважали, що нейтрино взагалі не мають маси. Але потім було виявлено нейтрино, які прилітають із Сонця, і виявилося, що вони можуть випадковим чином перемикатися між трьома видами нейтрино: електронним, мюонним і тау-нейтрино. Усі вони належать до різних частинок, з якими взаємодіє нейтрино. Таке перетворення може бути можливим, якщо нейтрино мають деяку масу.

Але дивина нейтрино полягає в тому, що в жодного виду частинки немає чітко визначеної маси. Замість цього вони являють собою комбінації трьох різних масових станів. Це означає, що фізики шукають не точне значення маси нейтрино, а верхню межу того, наскільки великою може бути ця маса.

Майже 99% маси будь-якого об'єкта формується за рахунок енергії зв'язку, яка утримує разом елементарні частинки всередині атомів. Однак решта 1% — це власна маса нейтрино. Щоб знайти цю масу, фізики шукають так зване значення Q, тобто різницю між сумою мас вихідних реагентів і сумою мас кінцевих продуктів. Якщо мати це значення, то подальші вимірювання можуть витягти власну масу нейтрино із загальної маси атома.

Минулий експеримент дав змогу вченим отримати точну оцінку маси нейтрино, коли вони вимірювали енергію під час розпаду надважкого водню в гелій, коли відбувається вихід електрона і нейтрино. Тоді верхню межу маси нейтрино було отримано на рівні 0,8 електронвольт, тобто це в 500 тисяч разів менше за масу електрона.

З іншого боку, такий вимір можна провести за допомогою спостережень за захопленням електрона штучним ізотопом гольмій-163, коли він перетворюється на ізотоп диспрозій-163 з виходом нейтрино. Але для цього ізотоп має бути оточений атомами золота. А ці атоми можуть вплинути на гольмій-163.

Тому вчені розробили інший експеримент для вимірювання верхньої межі маси нейтрино за допомогою п'яти пристроїв, відомих, як пастка Пеннінга.

Вчені помістили заряджені іони гольмію-163 і диспрозію-163 всередину пристроїв і виміряли ледве вловимі відмінності у швидкості їхніх коливань. Так фізики оцінили різницю в їхніх енергіях, яка була викликана додатковим нейтрино.

Унаслідок вони виміряли значення Q, яке в 50 разів точніше, ніж результат будь-якого попереднього експерименту. Маючи цей результат можна ще краще оцінити верхню межу маси нейтрино, кажуть учені.

Як уже писав Фокус, фізики об'єднали два методи для того, щоб отримати термоядерну енергію. Вчені успішно випробували новий комбінований метод управління плазмою в термоядерному реакторі.

Також Фокус писав про те, що знайдено докази існування прихованої планети в Сонячній системі. За словами вчених, у них є найпереконливіші статистичні докази того, що Дев'ята планета існує.