Pada hari Kamis, para peneliti meluncurkan pengukuran paling tepat dari neutrino, menskalakan massa maksimum yang mungkin dari bintik -bintik hantu yang merembes ke alam semesta kita.
Hasilnya, diterbitkan Dalam Journal Science, tidak mendefinisikan massa yang tepat dari neutrino, hanya batas atasnya. Tetapi temuan ini membantu membawa fisikawan lebih dekat untuk mencari tahu apa yang salah dengan apa yang disebut model standar, teori hukum yang terbaik-meskipun tidak lengkap-yang menguasai ranah subatomik. Salah satu cara fisikawan tahu itu tidak cukup akurat adalah bahwa itu menunjukkan bahwa neutrino seharusnya tidak memiliki massa sama sekali.
Pada skala yang lebih besar, belajar lebih banyak tentang neutrino akan membantu para ahli kosmologi mengisi gambaran alam semesta mereka yang kabur, termasuk bagaimana galaksi berkerumun bersama dan apa yang memengaruhi perluasan kosmos sejak Big Bang.
“Kami sedang mencari untuk memahami mengapa kami ada di sini,” kata John Wilkerson, seorang fisikawan di University of North Carolina, Chapel Hill dan seorang penulis studi baru. “Dan itu adalah sesuatu yang neutrino mungkin memiliki peran kunci.”
Fisikawan tahu beberapa hal tentang neutrino. Mereka produktif di seluruh kosmos, dibuat hampir kapan saja inti atom menyatukan atau merobek. Tetapi mereka tidak membawa muatan listrik dan terkenal sulit dideteksi.
Neutrino juga datang dalam tiga jenis, yang oleh fisikawan digambarkan sebagai rasa. Dan, anehnya, mereka berubah dari satu rasa ke rasa lain saat mereka bergerak melalui ruang dan waktu, sebuah penemuan yang diakui oleh Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 2015. Mekanisme yang mendasari yang memungkinkan transformasi ini, fisikawan yang disadari, berarti bahwa neutrino harus memiliki beberapa massa.
Tapi hanya saja. Neutrino sangat ringan, dan fisikawan tidak tahu mengapa.
Mengungkap nilai -nilai yang tepat dari massa neutrino dapat menyebabkan “semacam portal” ke fisika baru, kata Alexey Lokhov, seorang ilmuwan di Institut Teknologi Karlsruhe di Jerman. “Ini, untuk saat ini, batas terbaik di dunia,” katanya tentang pengukuran timnya.
Dr. Lokhov dan rekan -rekannya menggunakan Karlsruhe Tritium Neutrino, atau Katrin, bereksperimen untuk mempersempit massa neutrino. Di salah satu ujung peralatan sepanjang 230 kaki adalah sumber tritium, versi yang lebih berat dari hidrogen dengan dua neutron dalam nukleusnya. Karena tritium tidak stabil, ia meluruh menjadi helium: satu neutron diubah menjadi proton, yang memuntahkan elektron dalam proses. Ini juga memuntahkan antineutrino, kembar antimateri dari neutrino. Keduanya harus memiliki massa yang identik.
Massa tritium asli terbagi di antara produk -produk pembusukan: helium, elektron, dan antineutrino. Baik neutrino maupun antineutrino tidak dapat dideteksi secara langsung, tetapi sensor di ujung lain dari percobaan mencatat 36 juta elektron, lebih dari 259 hari, ditumpahkan oleh tritium yang membusuk. Dengan mengukur energi gerakan elektron, mereka secara tidak langsung dapat menyimpulkan massa maksimum yang dimungkinkan untuk antineutrino.
Mereka menemukan bahwa nilai tidak lebih dari 0,45 elektronvolt, dalam satuan massa yang digunakan oleh fisikawan partikel, sejuta kali lebih ringan dari elektron.
Batas atas pada massa diukur hanya untuk satu rasa neutrino. Tetapi Dr. Wilkerson mengatakan bahwa memaku massa seseorang memungkinkan untuk menghitung sisanya.
Pengukuran terbaru mendorong kemungkinan massa neutrino lebih rendah dari batas sebelumnya Ditetapkan pada tahun 2022 oleh kolaborasi Katrin, tidak lebih dari 0,8 elektronvolt. Ini juga hampir dua kali lebih tepat.
Elise Novitski, seorang ahli fisika di University of Washington yang tidak terlibat dalam pekerjaan itu, memuji upaya yang cermat tim Katrin.
“Ini benar -benar hanya tour de force,” katanya tentang eksperimen dan penemuan itu. “Saya memiliki kepercayaan penuh dalam hasil mereka.”
Tim Katrin bekerja pada batas yang lebih ketat pada massa neutrino dari 1.000 hari data, yang diharapkan untuk dikumpulkan pada akhir tahun. Itu akan memberi para fisikawan lebih banyak elektron untuk diukur, yang mengarah ke pengukuran yang lebih tepat.
Eksperimen lain juga akan berkontribusi pada pemahaman yang lebih baik tentang massa neutrino, termasuk Proyek 8 Di Seattle dan eksperimen neutrino bawah tanah yang dalam, tersebar di dua fasilitas fisika di Midwest.
Para astronom yang mempelajari struktur kosmos pada umumnya, dianggap dipengaruhi oleh koleksi besar neutrino yang membanjiri alam semesta, memiliki pengukuran sendiri dari massa maksimum partikel. Tetapi menurut Dr. Wilkerson, batas -batas yang ditetapkan oleh para astronom yang menatap ke dalam kekosongan tidak cocok dengan apa yang dihitung oleh para fisikawan partikel di laboratorium, karena mereka meneliti dunia subatomik.
“Ada sesuatu yang sangat menarik terjadi,” katanya. “Dan solusi yang mungkin untuk itu akan menjadi fisika di luar model standar.”
