•  

    pokaż komentarz

    "Ze wszystkich znanych cząstek we wszechświecie, tylko fotony przewyższają liczbę neutrin. Neutrina, mimo swojej liczebności, są jednak trudne do wykrycia i zbadania, ponieważ wchodzą w bardzo słabe interakcje z pozostałą materią. Około tysiąca trylionów cząstek widmo przenika ciało w każdej sekundzie – bez choćby minimalnego drgnięcia pojedynczego atomu.

    "Fakt, że są one wszechobecne, a nie wiemy nawet, jaką mają masę, jest trochę szalony", stwierdziła Deborah Harris, fizyk z Fermi National Accelerator Laboratory w pobliżu Chicago i York University w Toronto.

    Fizycy od dawna próbowali dokonać pomiaru masy neutrina. I we wrześniu, po 18 latach planowania, budowy i kalibracji, eksperyment Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) w południowo-zachodnich Niemczech ogłosił pierwsze wyniki: stwierdzono, że neutrino nie mieć masy większej niż 1,1 elektronowolta (eV), czyli około jednej pięćsetnej masy elektronu.

    Ten wstępny szacunek, bazujący na danych z jednego miesiąca i używający podobnych technik, precyzuje ostatnie pomiary szacujące górną granicę masy neutrina na poziomie 2 eV. W miarę gromadzenia danych, KATRIN zamierza wyznaczyć jednak rzeczywistą masę, a nie podawać tylko jej górną granicę.

    Znaczenie masy

    Masa to jedna z najważniejszych fundamentalnych cech cząstek. Neutrino pozostaje jedyną znaną cząstką, której masa ciągle pozostaje tajemnicą. Pomiar jej masy mógłby zatem doprowadzić do odkrycia nowych prawa fizyki, wykraczających poza model standardowy będący niezwykle udanym, lecz niekompletnym opisem interakcji cząstek i sił we wszechświecie. Określona masa neutrina posłużyłaby również jako sprawdzian dla teorii kosmologicznych dotyczących ewolucji wszechświata.

    "W zależności od tego, jaka okaże się masa neutrina, może to skutkować bardzo ekscytującymi czasami w kosmologii", zauważa Diana Parno, fizyk z Carnegie Mellon University i członek zespołu KATRIN.

    Jeszcze dwie dekady temu neutrina, teoretycznie przewidziane w 1930 r. i odkryte w 1956 r., uważano za bezmasowe. "Będąc na studiach doktoranckich, wszystkie podręczniki mówiły, że neutrina nie mają masy" - powiedziała Harris.

    Zmieniło się to w momencie odkrycia - za które przyznano w 2015 r. nagrodę Nobla - zmian rodzajów neutrin czyli oscylacji pomiędzy trzema stanami "zapachowymi" tj. elektronowym, mionowym i taonowym. Takie oscylacje mogą zajść jedynie w przypadku posiadania przez neutrina trzech możliwych stanów masowych, gdzie każdy zapach posiada inne prawdopodobieństwo znalezienia się w jednym z trzech stanów masowych. Stany mas przemieszczają się przez przestrzeń w różny sposób, więc w czasie przemieszczania się neutrina z punktu A do punktu B, ta mieszanka prawdopodobieństw ulegnie zmianie, a detektor wskaże inny zapach.

    Jeśli istnieją trzy różne stany masowe, to nie wszystkie mogą być zerowe - dlatego też neutrina posiadają masę. Zgodnie z najnowszymi danymi dotyczącymi oscylacji neutrin (które ujawniają różnice pomiędzy stanami masowymi, a nie ich rzeczywistymi wartościami), jeśli najlżejszy stan masowy jest zerowy, najmasywniejszy z nich musi wynosić co najmniej 0,0495 eV.

    Neutrino jednak jest tak lekkie w porównaniu z masą innych cząstek, że fizycy nie są pewni, w jaki sposób mogą one posiadać tak małe masy. Inne cząstki w modelu standardowym uzyskują masę poprzez oddziaływanie z polem Higgsa, polem energii, wypełniającym całą przestrzeń i obejmującym masywne cząstki. W przypadku neutrin "masa jest tak mała, że potrzebujesz dodatkowej teorii, aby to wyjaśnić", powiedziała Parno.

    Ustalenie tego, co sprawia, że neutrina zyskują masę, może rozwiązać inne, pozornie powiązane z tym tajemnice, takie jak np. dlaczego we wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii. Konkurujące teorie mechanizmu generowania masy przewidują różne wartości dla każdego z trzech stanów masowych. Podczas gdy eksperymenty z oscylacją neutrin mierzyły różnice pomiędzy stanami masowymi, eksperymenty takie jak KATRIN przeprowadzają analizę średniej z tych trzech stanów. Połączenie tych dwóch sposobów pomiarów może ujawnić wartość każdego stanu masowego, faworyzując przy tym niektóre teorie dotyczące masy neutrina.

    Kosmiczne pytania

    Masa neutrina ma również znaczenie kosmiczne. Pomimo maleńkiej masy, w czasie Wielkiego Wybuchu powstało tak wiele neutrin, że ich zbiorowa grawitacja wpłynęła na sposób w jaki cała materia we wszechświecie połączyła się w gwiazdy i galaktyki. Około sekundy po Wielkim Wybuchu, neutrina poruszały się niemalże z prędkością światła – unikając przez to grawitacyjnego przyciągania przez inną materię. Potem jednak zaczęły zwalniać, co pozwoliło im wspomóc tworzenie się struktur atomowych, gwiazd i galaktyk. Moment, w którym neutrina rozpoczynają zwalniać zależy od ich masy. Cięższe neutrina zwolniły wcześniej i pomogły uczynić wszechświat niejednorodnym.

    •  

      pokaż komentarz

      @Fake_R:

      Mierząc kosmiczne struktury, kosmolodzy są w stanie wnioskować o masie neutrina. Metoda ta jednak opiera się na założeniu, że obecne modele kosmologiczne są poprawne, zatem oszacowanie różniące się od bezpośredniego pomiaru masy neutrina, może wskazywać, że teorie kosmologiczne są błędne.

      Dotychczas pośrednie podejście kosmologiczne było bardziej czułe niż bezpośrednie pomiary masy w eksperymentach takich jak KATRIN. Najnowsze dane kosmologiczne z satelity Plancka sugerują, że suma wszystkich trzech stanów masowych neutrin nie może być większa niż 0,12 eV, zaś sierpniowa analiza obserwacji kosmologicznych wykazała, że najlżejsze z nich musi mieć masę mniejszą niż 0,086 eV. Wszystkie te wartości znajdują się znacznie poniżej górnej granicy możliwości badania masy przez KATRIN, zatem formalnie nie istnieje jeszcze sprzeczność między tymi dwoma podejściami. Jednak z racji tego, że KATRIN zbiera więcej danych, mogą pojawić się pewne rozbieżności.

      Co dalej?

      Oczekiwany od dawna eksperyment KATRIN będzie starał się określić masę neutrin wykorzystując do tego tryt, ciężki izotopu wodoru. Kiedy tryt ulega rozpadowi beta, jego jądro emituje elektron i neutrino elektronowe. Mierząc energię najbardziej energetycznych elektronów, fizycy mogą wydedukować wartość energii - a tym samym masy (a właściwie średniej ważonej spośród trzech masowych) neutrina elektronowego.

      Jeśli KATRIN ustali masę na poziomie około 0,2 lub 0,3 eV, kosmologom będzie ciężko pogodzić te dane ze swoimi obserwacjami - powiedziała Marilena Loverde, kosmolog z Stony Brook University. Jednym z możliwych wtedy wyjaśnień byłoby jakieś nowe zjawisko, sprawiające, że istniałby jakiś kosmologiczny wpływ na masę neutrina, która z czasem zanikałaby. Przykładowo, być może neutrino rozpada się na jeszcze lżejsze nieznane cząstki, których prędkości zbliżone do światła czynią je niezdolnymi do skupiania się. A może mechanizm nadający masę neutrinom ulega zmianie z czasem.

      Jeśli natomiast masa neutrina będzie jednak zbliżona do tego, co przewidują obserwacje kosmologiczne, KATRIN ze względu na czułość detektorów nie uda się jej zmierzyć. KATRIN jest w stanie dokonać pomiaru masy neutrina do 0,2 eV. Jeśli neutrina są lżejsze, fizycy, chcąc zbadać ich masę i rozwikłać niektóre kwestie fizyki cząstek i kosmologii, będą potrzebowali bardziej czułych eksperymentów. Trzy potencjalnie bardziej wrażliwe projekty - Project 8, Electron Capture on Holmium i HOLMES - już teraz zbierają dane przy pomocy prototypowych instrumentów."

      źródło: KATRIN_2000x1330.jpg

    •  

      pokaż komentarz

      @Fake_R: klocek nie chce spłynąć rurom, co robić?

  •  

    pokaż komentarz

    Ile tych neutrin potrzeba żeby było kilo?

  •  

    pokaż komentarz

    Mam pytanie może ktoś się zna. Jeżeli wszystkie neutrina powstały mniej więcej w tym samym czasie i podróżują z prędkością światła we wszystkich kierunkach w 3 wymiarach, to czy one nie powinny geometrycznie tworzyć w przestrzeni sfery rozszerzającej się z prędkością bliskiej światłu, zamiast wypełniać ją jednorodnie?

  •  

    pokaż komentarz

    Warte przypomnienia jest to że izotopy azotu emitują zarówno neutrina jak i antyneutrino w trakcie rozpadu więc być może w jakiś sposób wpływają na wyniki badań. Oprócz tego wydaje mi się że można by wykorzystać to zjawisko praktycznie.

  •  

    pokaż komentarz

    A jeśli neutrina to oddziaływanie z "atomami" innowymiarowego wszechświata, którego nie widzimy z naszym? Coś jak byśmy chcieli "dotknąć" ducha?