فیزیکدان‌ها جرم یک ذره شبح یا نوترینو را اندازه‌گیری کردند: ۱.۶ در ۱۰ به توان -۳۶ کیلوگرم

0

فیزیکدان‌ها با اندازه‌گیری توزیع انرژی الکترون‌های آزاد شده در طی واپاشی بتا تریتیوم، تعیین کردند که حد بالایی برای جرم پادنوترینو الکترون فقط ۰.۸ الکترون ولت است. این جرم در واحد متریک ۱.۶ در ۱۰ به توان -۳۶ کیلوگرم می‌شود

اگرچه هنوز اندازه‌گیری دقیقی نیست ، اما تعیین محدوده آن ما را به درک این ذرات عجیب، نقشی که آنها در کیهان ایفا می‌کنند و تأثیری که می‌توانند بر نظریه‌های فعلی فیزیک ما داشته باشند، نزدیک‌تر می‌کند.

این دستاورد در آزمایش نوترینو تریتیوم کارلسروهه ( KATRIN ) در آلمان به دست آمد.

محققان در مقاله خود که در فوریه ۲۰۲۲ منتشر شد، نوشتند : دومین کارزار  اندازه گیری جرم نوترینو KATRIN که در اینجا انجام شد، به حساسیت زیر یک الکترون ولت رسید، در حالی که در کارزار اول دانشمنپدان حد بالایی یک mν را تعیین کرده بودند.

نوترینوها بسیار عجیب هستند. آنها از فراوان‌ترین ذرات زیراتمی در جهان هستند، شبیه به الکترون هستند، اما باری ندارند و جرمشان بسیار ناچیز است. پس به ندرت با مواد معمولی تعامل دارند. میلیاردها از آنها در حال حاضر از بدن شما عبور می کنند. به همین دلیل است که ما آنها را ذرات شیح می‌نامیم. همچنین تشخیص آنها بسیار دشوار است.

برخی روش‌ها برای تشخیص آنها غیرمستقیم هستند مانند آشکارسازهای نوترینوی چرنکوف. در این روش اثرات نوترینوهای عبوری تشخیص داده می‌شود.

همه اینها به این معنی است که اندازه گیری جرم نزدیک به صفر این ذرات یک چالش خاص است.

پس چطور می‌شود جرم نوترینو را اندازه گرفت؟!

آزمایشگاه KATRIN از تجزیه بتا یک ایزوتوپ رادیواکتیو ناپایدار هیدروژن به نام تریتیوم برای بررسی جرم یک نوترینو استفاده می‌کند. در یک محفظه ۷۰ متری، گاز تریتیوم به هلیوم، یک الکترون و یک آنتی نوترینو الکترونی تجزیه می‌شود، در حالی که یک طیف سنج حساس و عظیم نتایج را بررسی می کند.

از آنجایی که نوترینوها بسیار شبح مانند هستند، اندازه گیری جرم خود آنها ممکن نیست. اما فیزیکدان‌ها استدلال می‌کنند که یک ذره و پادذره آن جرم و انرژی را مشاوی دارند. بنابراین، اگر انرژی الکترون‌ها را اندازه گیری کنید، می توانید انرژی نوترینو را استخراج کنید.

به همین خاطر در سال ۲۰۱۹ حد بالایی ۱ الکترون ولت را برای جرم نوترینو به دست آوردند.

برای اصلاح این نتیجه، محققان با افزایش تعداد تجزیه‌های تریتیوم  و با استفاده از روش‌هایی برای کاهش آلودگی ناشی از انواع دیگر تجزیه رادیواکتیو، به اندازه‌گیری دقیق‌تری دست یافتند.

این اولین باری است که اندازه‌گیری‌های یک نوترینو به زیر آستانه ۱ الکترون ولت می‌رسد.

اگرچه هنوز یک جرم نوترینو کاملاً دقیق نیست ولی همین اندازه‌گیری اخیر هم به دانشمندان اجازه می‌دهد مدل‌های فیزیکی کیهان را اصلاح کنند.

محققان می‌گویند تا پایان سال ۲۰۲۴ به اندازه‌گیری جرم نوترینو ادامه خواهند داد.

نتایج  این تحقیق در Nature Physics منتشر شده است.

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.