Более ста ученых из шести стран охотятся за нейтрино с 2019 года в рамках сотрудничества KATRIN в немецком Технологическом институте Карлсруэ. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, сотрудничество объявило, что масса нейтрино не может превышать 0,45 электрон-вольт. Это меньше одной миллиардной массы протона. Новый верхний предел массы нейтрино составляет около половины оценки, которую KATRIN объявил в 2022 году после своих первых измерений. Предыдущая оценка составляла 0.8 эВ.
KATRIN использует массивный спектрометр для регистрации распада трития, радиоактивной формы водорода, которая высвобождает как электроны, так и нейтрино. Эти частицы вращаются вокруг 70-метровой структуры, в которой их регистрирует 200-тонный спектрометр, работающий в вакууме.
Идея измерения массы нейтрино достаточно простая. Электрон и нейтрино делят энергию распада трития, поэтому физикам нужно оценить энергию распада и вычесть из нее энергию электронов, остаток — это энергия нейтрино. Но сделать такие измерения крайне трудно.
Для получения первых результатов KATRIN в 2022 году потребовалось измерить шесть миллионов электронов. Чтобы уточнить оценку в новой работе физики измерили энергию 36 миллионов электронов. «К концу года, команда измерит около 250 миллионов электронов», — говорит Лассер. Он считает, что это будет «момент истины»: либо эксперимент наконец обнаружит «след» нейтрино, либо определит, что его масса составляет менее 0,3 электрон-вольт. Это радикально изменит оценки массы Вселенной.
Сотрудничество KATRIN планирует создать новую систему под названием TRISTAN для поиска нового вида частиц, так называемых стерильных нейтрино. Эти гипотетические частицы не взаимодействуют с материей, но имеют гораздо большую массу, чем обычные нейтрино. Некоторые ученые предполагают, что эти тяжелые нейтрино могут быть на самом деле тем, что мы знаем как темную материю.