Neutrini su vjerojatno najfascinantnije elementarne čestice u našem svemiru. U kozmologiji igraju važnu ulogu u formiranju struktura velikih razmjera, dok ih u fizici čestica izdvaja njihova vrlo mala masa, ukazujući na nove fizičke fenomene koje nadilaze trenutne teorije.
Bez mjerenja mase neutrina, naše razumijevanje svemira ostat će, odnosno ostalo bi nepotpuno.
To je izazov koji je prihvatio međunarodni eksperiment KATRIN (akronim od Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) na tehnološkom institutu u Karlsruheu (KIT), kao najosjetljivija svjetska vaga za neutrine.
U projekt su uključeni partneri iz šest zemalja. KATRIN koristi beta raspad tricija, nestabilnog vodikovog izotopa, kako bi odredio masu neutrina putem raspodjele energije elektrona oslobođenih u procesu tog raspada. To zahtijeva veliki tehnološki napor: 70 metara dug eksperiment sadrži najintenzivniji izvor tricija na svijetu, kao i divovski spektrometar za mjerenje energije raspadajućih elektrona s neviđenom preciznošću.
"Radi kao savršen sat"
Nakon početka znanstvenih mjerenja od 2019. godine, visoka kvaliteta podataka kontinuirano se poboljšavala tijekom posljednje dvije godine.
KATRIN kao eksperiment s najvišim tehnološkim zahtjevima sada radi kao savršen sat, kaže profesor Guido Drexlin iz KIT-a, voditelj projekta i jedan od dvojice suglasnogovornika eksperimenta.
Smanjenje pozadinske brzine i povećanje brzine signala bili su odlučujući za novi rezultat, nadodaje Profesor Christian Weinheimer sa Sveučilišta Münster, drugi suglasnogovornik eksperimenta.
Dubinska analiza dobivenih podataka predstavljala je veliki izazov za međunarodni tim na čelu s dvoje koordinatora, dr. Magnusom Schlösserom (KIT) i profesoricom Susanne Mertens, s Max Planck Instituta za fiziku i tehničkog sveučilišta u Münchenu. Svaki učinak na masu neutrina, ma koliko malen bio, morao se detaljno istražiti.
Taj naporan i zamršen posao bio je jedini način da se isključi sustavna pristranost našeg rezultata zbog procesa iskrivljavanja. Posebno smo ponosni na naš analitički tim koji je prihvatio ovaj veliki izazov s velikom predanošću i bio uspješan u njemu, ističu Schlösser i Mertens.
Eksperimentalni podaci iz prve godine mjerenja i modeliranja na temelju nestajuće male mase neutrina savršeno su se podudarali: omogućilo im je da odrede novu gornju granicu od 0,8 eV za masu neutrina, ističu znanstvenici. Ovo je prvi put da je izravni eksperiment mase neutrina ušao u raspon mase ispod jednog elektronvolta (eV), koji je od velike važnosti za kozmologiju i fiziku čestica, jer se ovdje pretpostavlja da leži temeljna ljestvica mase neutrina.
Zajednica fizike čestica je uzbuđena što je KATRIN razbio barijeru od 1 eV, komentirao je uspjeh znanstvenika stručnjak za neutrine John Wilkerson sa Sveučilišta Sjeverna Karolina, ujedno i predsjednik Izvršnog odbora KATRIN-a.
Idući korak - otkrivanje fizičke prirode tamne materije
Znanstvenici uključeni u projekt KATRIN opisali su i svoje iduće ciljeve.
Daljnja mjerenja mase neutrina nastavit će se do kraja 2024. godine, kako bismo iscrpili puni potencijal ovog jedinstvenog eksperimenta. Stalno ćemo povećavati statistiku signalnih događaja i kontinuirano razvijati i instalirati nadogradnje kako bi dodatno smanjili pozadinsku stopu, ističu.
Razvoj novog detektorskog sustava TRISTAN bit će isto tako od posebnog značaja. Od 2025. omogućit će projektu KATRIN da krene u potragu za "sterilnim" neutrinima s masama u rasponu kiloelektronvolta (keV). Takvi sterilni neutrini bili bi kandidati za tajanstvenu tamnu materiju, koja se već pokazala u mnogim astrofizičkim i kozmološkim promatranjima, ali čija je fizička priroda još uvijek nepoznata.
Studija vezana za uspjeh mjerenja mase neutrina objavljena je u znanstvenom časopisu Nature Psysics.
Izvor: EurekAlert
