นักฟิสิกส์เข้ามาใกล้กว่าที่เคยวัดนิวตริโนที่เข้าใจยาก

อนุภาคคล้ายผีเรียกว่านิวตริโนแทบจะไม่เคยมีปฏิสัมพันธ์กับสสารปกติ พวกเขาเข้าใจยากมากในทศวรรษที่ผ่านมานับตั้งแต่การค้นพบครั้งแรกของพวกเขานักฟิสิกส์ยังไม่ได้ตรึงมวลของพวกเขา แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้โดยการวางพวกเขาลงในระดับ "นิวตริโน" 200 ตันนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดขีด จำกัด ใหม่เกี่ยวกับมวลของนิวตริโน

ผลลัพธ์: มันเล็กมาก

ด้วยมาตราส่วนนิวตริโนที่อ่อนไหวที่สุดในโลกนักฟิสิกส์วิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่วมเพื่อตรวจสอบว่าอนุภาคที่เข้าใจยากนั้นไม่มี heftier มากกว่า 0.8 อิเล็กตรอน-โวลต์ (EV) ครั้งแรกที่การทดลองได้ผลักดันต่ำกว่าเกณฑ์ 1 EV สำหรับน้ำหนักของอนุภาค subatomic ใด ๆ สำหรับการเปรียบเทียบอิเล็กตรอนมีน้ำหนักประมาณ 511,000 EV หรือ 9.11 x 10^-31 กิโลกรัม

กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาไม่กลัว (วัด) ไม่มีผี

ที่เกี่ยวข้อง:ความลึกลับที่ไม่ได้แก้ไขมากที่สุดในฟิสิกส์

ปริศนานิวตริโน

Neutrinos อาจเป็นปัญหาที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดในฟิสิกส์ ในรุ่นมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคคำอธิบายมาตรฐานทองคำสำหรับวิธีการทำงานของธรรมชาติในระดับพื้นฐานนิวตริโนไม่ควรมีมวลใด ๆ เลย นั่นเป็นเพราะทัศนคติที่เก็บตัวของอนุภาคต่อส่วนที่เหลือของอาณาจักรควอนตัม อนุภาคอื่น ๆ เช่นอิเล็กตรอนรับมวลของพวกเขาผ่านการมีปฏิสัมพันธ์กับสนามควอนตัมที่สร้างขึ้นโดยอนุภาค Higgs boson (ลองนึกภาพอนุภาคหนึ่งที่พัดผ่านบ่อน้ำเมื่อเทียบกับอีกอนุภาคที่ต้องสาดผ่านอ่างกากน้ำตาลและคุณสามารถเห็นว่าสนามฮิกส์สามารถให้มวลที่แตกต่างกันบนอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์กับมัน) แต่ไม่มีกลไกดังกล่าวสำหรับนิวตริโนและนักฟิสิกส์

ที่เกี่ยวข้อง:อนุภาคที่เล็กที่สุดในจักรวาลคืออะไร?

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

และความคิดของนิวตริโนที่ไม่มีมวลชนทำงานในสาขาฟิสิกส์มาระยะหนึ่งแม้หลังจากข้อมูลเพิ่มเติมได้เรียนรู้เกี่ยวกับนิวตริโนเช่นความจริงที่ว่าพวกเขามาในสามชนิดหรือ "รสชาติ" หนึ่งสำหรับการโต้ตอบแต่ละประเภทที่พวกเขาสามารถมีส่วนร่วม: อิเล็กตรอน Muon-neutrinos จับคู่กับ Muons; และ Tau-neutrinos ไปพร้อมกับอนุภาคเอกภาพ ความคิดเรื่องรสชาตินี้เหมาะกับนิวตริโนที่ไร้มวล แต่ในช่วงทศวรรษที่ 1960 นักฟิสิกส์เริ่มสังเกตเห็นว่านิวตริโนทั้งสามชนิดนี้สามารถ "แกว่ง" หรือเปลี่ยนจากรสชาติหนึ่งไปอีกรสชาติขณะเดินทาง

เพื่อที่จะแกว่งระหว่างรสชาตินิวตริโนจำเป็นต้องมีมวล และปรากฎว่าเช่นเดียวกับรสชาติมีมวลนิวตริโนที่แตกต่างกันสามแห่ง เพื่อให้ความผันผวนในการทำงานทั้งสามมวลจะต้องมากกว่าศูนย์และแตกต่างกันทั้งหมด ด้วยวิธีนี้ทั้งสามมวลเดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกันและรสชาติแกว่งขึ้นอยู่กับสถานะควอนตัมของทั้งสามมวล หากมวลทั้งหมดเป็นศูนย์นิวตริโนจะเดินทางด้วยความเร็วแสงและจะไม่มีโอกาสแกว่ง อย่างไรก็ตามแต่ละมวลไม่ได้สอดคล้องกับรสชาติของแต่ละบุคคลและแต่ละรสชาติจะประกอบด้วยการผสมผสานของมวลเหล่านี้ ยกตัวอย่างเช่นสิ่งที่เราเห็นว่าเป็นอิเล็กตรอน-นิวตริโนคือการผสมผสานที่ซับซ้อนของนิวตริโนที่แตกต่างกันสามแบบที่มีสามมวลที่แตกต่างกัน

จนถึงปัจจุบันนักฟิสิกส์ไม่รู้จักมวลของนิวตริโนทั้งสาม พวกเขามีข้อ จำกัด เฉพาะจากการทดลองต่าง ๆ เกี่ยวกับมวลนิวตริโนรวมทั้งหมดและความแตกต่างบางอย่างในมวลระหว่างคนที่แตกต่างกัน

ไล่ล่า

การตอกย้ำมวลของสายพันธุ์นิวตริโนใด ๆ จะช่วยได้มากในวิชาฟิสิกส์อนุภาคเพราะเราไม่รู้ว่าพวกเขามีมวลอย่างไร มีแบบจำลองทางทฤษฎีมากมายอยู่ที่นั่น แต่เราไม่ทราบว่าถูกต้อง มวลที่รู้จักสามารถช่วยความพยายามนี้ได้

ในประเทศเยอรมนี KARLSRUHE สถาบันเทคโนโลยี KATRIN (Karlsruhe tritium Neutrino) ของ Katruhe ได้รับการออกแบบมาให้ทำอย่างนั้น อุปกรณ์นี้มีไอโซโทปจำนวนมากและขนาดมหึมา, สเปกโตรมิเตอร์ขนาดมหึมา, 200 ตัน (180 เมตริกตัน) ซึ่งวัดพลังงานของอิเล็กตรอน

ไอโซโทปของไอโซโทปที่หายากและมีกัมมันตภาพรังสีไฮโดรเจนมีโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนสองตัว มันสลายตามธรรมชาติผ่านกระบวนการที่เรียกว่าเบต้าการสลายแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ- ผลลัพธ์? การเปลี่ยนแปลงส่งผลให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอน antineutrino ซึ่งเป็นพันธมิตรต่อต้านอนุภาคของอิเล็กตรอน-นิวตริโน

ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยพลังงานนิวเคลียร์ของอะตอมไอโซโทปและดังนั้นอิเล็กตรอนและนิวตริโนจะต้องแบ่งปันพลังงานรวม 18.6 keV ระหว่างพวกเขา เพราะไอโซโทปเป็นแสงอะตอมนี่เป็นหนึ่งในพลังงานที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

บางครั้งปฏิกิริยาจะให้พลังงานมากขึ้นกับนิวตริโนและบางครั้งก็น้อยลง สิ่งที่เหลือจะต้องไปที่อิเล็กตรอน หากนิวตริโนไม่มีมวลไม่มีขีด จำกัด ต่ำกว่าพลังงานที่สามารถมีได้เช่นเดียวกับที่ไม่มีขีด จำกัด ต่ำกว่าพลังงานที่โฟตอนสามารถมีได้ แต่ถ้านิวตริโนมีมวลมันจะมีพลังงานมวลเหลืออยู่เสมอหมายถึงพลังงานที่เก็บไว้ในนิวตริโนที่เหลือเนื่องจากมวล (โปรดจำไว้ว่าตามสมการที่มีชื่อเสียงของไอน์สไตน์e = mc^2พลังงานเท่ากับมวลคูณด้วยจำนวนคงที่ความเร็วของแสงกำลังสอง) และพลังงานของมวลที่เหลือจะไม่สามารถใช้ได้กับอิเล็กตรอน

ดังนั้นชื่อของเกมที่มีแคทรินคือการวัดพลังงานของอิเล็กตรอนที่ออกมาจากการสลายตัวของไอโซโทปโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์ขนาดยักษ์ อิเล็กตรอนพลังงานที่สูงที่สุดจะมีพลังงานใกล้เคียงกับ 18.6 eV แต่ลดลงเล็กน้อยเล็กน้อย ความแตกต่างนั้นเกิดจากมวลของนิวตริโนอย่างแม่นยำ

เกินขอบเขต

การวัดมวลนิวตริโนกับแคทรินเริ่มต้นขึ้นในปี 2562 และตอนนี้นักฟิสิกส์ได้ลงไปที่วิทยาศาสตร์ “ แคทรินเป็นการทดลองกับข้อกำหนดทางเทคโนโลยีที่สูงที่สุดกำลังทำงานเหมือนเครื่องจักรที่สมบูรณ์แบบ” กุยโด้เดร็กลินจากคิทหัวหน้าโครงการและหนึ่งในสองคนร่วมกันของการทดลองกล่าว

การทดลองต้องใช้ปฏิกิริยาการสลายตัวของไอโซโทป “ งานที่ลำบากและซับซ้อนนี้เป็นวิธีเดียวที่จะยกเว้นอคติที่เป็นระบบของผลลัพธ์ของเราเนื่องจากกระบวนการบิดเบือน” ผู้ประสานงาน Magnus Schlösserกล่าวที่ Kit และ Susanne Mertens จากสถาบัน Max Planck และมหาวิทยาลัยเทคนิคของมิวนิค "การบิดเบือน" เหล่านั้นเป็นแหล่งที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการปนเปื้อนที่สามารถส่งผลกระทบต่อพลังงานอิเล็กตรอนในสัญญาณเช่นผลกระทบของสนามแม่เหล็กและความไร้ประสิทธิภาพในเครื่องตรวจจับ

ในการเปิดตัวครั้งล่าสุดทีมวัดพลังงานอิเล็กตรอนกว่า 3.5 ล้านตัว ตัวเลขนั้นแสดงถึงน้อยกว่าหนึ่งพันของอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาโดยไอโซโทปเนื่องจากทีมมีความสนใจในอิเล็กตรอนพลังงานสูงสุดเท่านั้นที่จะตรวจสอบมวลนิวตริโน

หลังจากความพยายามอย่างมากการทำงานร่วมกันระหว่างประเทศประกาศยืนยันว่านิวตริโนนั้นไม่ใหญ่กว่า 0.8 eV การทำงานเพิ่มเติมกับแคทรินจะยังคงปรับแต่งผลลัพธ์นี้ต่อไปและอาจค้นพบนิวตริโนสายพันธุ์เพิ่มเติมที่อาจบินไปรอบ ๆ

อย่าลังเลที่จะแทรกเรื่องตลกผีของคุณเองที่นี่

เผยแพร่ครั้งแรกใน Live Science