Što su neutrini: najčešći elementi u svemiru
Neutrini su fascinantne čestice koje predstavljaju najizglednije elemente u našem svemiru. Iako nemaju električni naboj i izuzetno su lagani, mogu prolaziti kroz gotovo sve materijale. U svakom trenutku, bilijuni neutrina prolaze kroz nas, a njihova mala masa predstavlja ključnu misteriju u fizici koju znanstvenici nastoje razjasniti. Nedavna istraživanja donijela su nova saznanja koja su smanjila naše neznanje o ovim česticama.
Najnovija istraživanja KATRIN suradnje
KATRIN suradnja napravila je značajan napredak u mjerenju mase elektron-neutrina, poboljšavši svoje ranije rezultate dvostruko. Prema ovom eksperimentu, efektivna masa elektron-neutrina ne može biti veća od 0,45 elektron-volta, što odgovara 8×10^-37 kilograma (1,76×10^-36 funta). Zamišljajući ovu masu, ona je poput usporedbe između jednog grama i mase 40,000 Sunca – nevjerojatno, zar ne?
U svom izvješću za časopis Science, Loredana Gastaldo navodi: „Kampanja za mjerenje mase neutrino KATRIN eksperimenta završit će 2025. godine nakon postizanja 1,000 dana prikupljanja podataka. Analiza cjelokupnog skupa podataka prikupljenih iz ovog grandioznog projekta omogućit će procjenu efektivne mase elektron-neutrina blizu predviđene vrijednosti od 0,3 eV s razinom povjerenja od 90%.”
Metodologija eksperimenta
Trenutačno mjerenje temeljeno je na samo 259 dana mjerenja tijekom kojih je tim analizirao nevjerojatnih 36 milijuna elektrona. Budući da je proučavanje neutrina izravno veoma zahtjevno, KATRIN eksperiment koristi neizravne metode za analizu. Koriste težu verziju vodika koja se zove tritium. Tritium se sastoji od jednog elektrona, jednog protona i dva neutrona, a budući da je radioaktivan, postupno se pretvara u helij-3. Ovaj proces pretvara jedan neutron u proton i oslobađa jedan elektron i jedan antineutrino – antimaterijski ekvivalent neutrina.
Izazovi mjerenja
U ovom procesu oslobađa se energija koja se prenosi na elektron i antineutrino. KATRIN koristi 70 metara dugi (230 stopa) uređaj za mjerenje, koristeći spektrometar težak 200 tona kako bi pratio energiju elektrona. Energija koja nedostaje zbog transformacije pripada antineutrinu, što čini izračun mase prilično jednostavnim. Međutim, izazov predstavlja samo mjerenje! Kako bi postigli visoku preciznost, potrebne su milijuni mjerenja, zbog čega se ovo istraživanje oslanja na 36 milijuna elektrona. Kada eksperiment završi sa mjerenjima kasnije ove godine, očekuje se da će izmjeriti ukupno 250 milijuna elektrona.
Važnost istraživanja neutrina
Izvorni Standardni model fizike čestica, koji je temelj većine fizike danas, nije prvotno predviđao da neutrini imaju masu, te su potrebna posebna prilagođavanja kako bi se ovo ispravilo. Razumijevanje mase neutrina moglo bi nas dovesti do sljedeće teorije koja nadmašuje standardni model.
Zaključak
Istraživanje neutrina je dalekosežno i neprekidno napreduje. Mjerenja i otkrića KATRIN eksperimenta otvaraju nova vrata znanja i potencijalno oblikuju naše razumijevanje svemira. S novim saznanjima koja dolaze, znanstvenici nastavljaju putovanje prema razotkrivanju tajni ovih nevjerojatno malih čestica. Kako se približavamo krajnjoj godini mjerenja, uzbuđenje oko rezultata raste, a doprinos koji će to imati na fiziku mogao bi biti neprocjenjiv.
