Νέα εκτίμηση για την μάζα του νετρίνου

Σε συνέδριο αστροσωματιδιακής φυσικής που πραγματοποιήθηκε στην Τογιάμα της Ιαπωνίας, η ερευνητική ομάδα του πειράματος KATRIN ανακοίνωσε τους νέους υπολογισμούς της για το εύρος της μάζας ηρεμίας του νετρίνου. Σύμφωνα με την ανακοίνωση «An improved upper limit on the neutrino mass from a direct kinematic method by KATRIN» , η μάζα ηρεμίας του νετρίνου δεν ξεπερνά το 1,1 ηλεκτρονιοβόλτ (eV). Η μάζα αυτή αντιστοιχεί σε ≈2·10–36 χιλιόγραμμα (kg).

Aυτό το αποτέλεσμα μειώνει το μέχρι σήμερα αποδεκτό άνω όριο της μάζας του νετρίνου στο μισό, από 2 eV σε 1 eV.

Το κατώτερο όριο για τη μάζα του νετρίνο που καθορίστηκε από παλαιότερα πειράματα άλλων ερευνητικών ομάδων είναι 0,02 eV.

Η καρδιά του πειράματος KATRIN είναι η πηγή που παράγει ζεύγη ηλεκτρονίων-νετρίνων. Πρόκειται για το αέριο τρίτιο , ενός ραδιενεργού ισοτόπου του υδρογόνου με χρόνο ημιζωής t ½ =12,32y, ο πυρήνας του οποίου περιέχει ένα πρωτόνιο και δυο νετρόνια.

Όταν ο πυρήνας του τριτίου διασπάται, εκπέμποντας ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο, τα οποία μοιράζονται ενέργεια 18.560 eV:



Οι επιστήμονες του KATRIN δεν μπορούν να μετρήσουν απευθείας την μάζα των νετρίνων, αλλά το κάνουν έμμεσα μετρώντας τις ιδιότητες των παραγόμενων ηλεκτρονίων. Τα περισσότερα ζεύγη ηλεκτρονίων-νετρίνων που εκπέμπονται από το τρίτιο μοιράζονται την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την διάσπαση. Όμως, σε σπάνιες περιπτώσεις, το ηλεκτρόνιο παίρνει σχεδόν όλη την ενέργεια – αφήνοντας μόνο ένα μικρό ποσό για το νετρίνο. Αυτά τα σπάνια ζεύγη είναι που αναζητούν οι επιστήμονες του KATRIN. Σύμφωνα με την εξίσωση E = mc2 – η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που απομένει σ’ αυτές τις περιπτώσεις στο νετρίνο σχεδόν ισούται με την ενέργεια που αντιστοιχεί στην μάζα ηρεμίας του. Εάν το KATRIN μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια την ενέργεια του ηλεκτρόνιου, μπορεί να προσδιορίσει και την αντίστοιχη ενέργεια του νετρίνου και επομένως να εκτιμήσει την μάζα ηρεμίας του.

Για να είμαστε ακριβείς, διευκρινίζουμε ότι μετρήθηκε η μάζα του αντινετρίνου του ηλεκτρονίου που εκπέμπεται κατά την διάσπαση β– και όχι του νετρίνου του ηλεκτρονίου που εκπέμπεται στην διάσπαση β+. Όμως δεν έχουμε μια ξεκάθαρη ιδέα της διαφοράς μεταξύ του νετρίνου και του αντισωματιδίου του. Το νετρίνο θα μπορούσε να είναι σωματίδιο Majorana, δηλαδή να ταυτίζεται με το αντισωματίδιό του.

Η μάζα του νετρίνου είναι μεν πολύ μικρή, αλλά έχει τεράστια σημασία στην φυσική. Παρά την ελάχιστη μάζα τους, τα νετρίνα υπάρχουν σε τεράστιες ποσότητες στο σύμπαν, οπότε το άθροισμα των πολύ μικρών μαζών τους μπορεί να γίνει σημαντικό. Η μάζα του συνόλου των νετρίνων του σύμπαντος εκτιμάται ότι είναι περίπου ίσο με τη μάζα όλων των ορατών άστρων στο σύμπαντος!

Στο Καθιερωμένο Πρότυπο, την θεωρία που περιγράφει με εξαιρετική επιτυχία τον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων, τα νετρίνα θεωρούνται ως σωματίδια χωρίς μάζα. Η μάζα των νετρίνων, έστω και ελάχιστη, μας υπενθυμίζει ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων είναι μια προβληματική θεωρία.

πηγή: https://www.washington.edu/news/2019/09/16/katrin-neutrino-mass-estimate-in-half/