Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce
Fizycy właśnie pobili kolejny rekord. Udało im się określić, ile waży neutrino – nieuchwytna cząstka elementarna.
W tym artykule:
Udało nam się precyzyjnie określić, ile waży neutrino – ogłosili badacze z Instytutu Technologicznego Karlsruhe (KIT). Ta nieuchwytna cząstka elementarna od dawna fascynuje fizyków. Pracę naukową niemieckich badaczy opublikowało czasopismo „Nature Physics”.
Neutrino – historia odkrycia i właściwości
Istnienie neutrina zostało teoretycznie przewidziane w 1930 roku przez Wolfganga Pauliego. Fizyk ten zaproponował istnienie takiej cząstki, by zbilansować energię tzw. rozpadu promieniotwórczego beta. Chodziło o to, że energia neutronu nie odpowiadała sumie energii cząsteczek, które z niego powstawały.
To kłóci się z jednym z fundamentów fizyki – zasadą zachowania energii. Pauli wpadł na pomysł, że brakująca część energii unoszona jest przez trudną do wykrycia (a jego zdaniem w ogóle niewykrywalną) cząstkę.
Czy dziwne sygnały pochodzące z kosmosu zarejestrowane na Antarktydzie są dowodem na istnienie równoległego wszechświata?
Dziwne sygnały na biegunie południowym do tej pory wymykały się jakimkolwiek przekonującym wyjaśnieniom.
Z czasem nazwano ją neutrino. Bardzo długo nie udawało się potwierdzić jej istnienia. Neutrino nie ma ładunku elektrycznego i bardzo słabo oddziałuje z innymi cząstkami. Nie było nawet pewne, czy ma masę. Część fizyków zakładała, że może być w ogóle pozbawione masy, tak jak foton. Inni uważali, że neutrino ma masę, tylko bardzo niewielką.
Jak zmierzono masę neutrina?
To, czy neutrino ma masę, ma wielkie znaczenie dla teorii fizycznych. Dokładne określenie tej masy pomoże nam lepiej zrozumieć Wszechświat. Jak jednak można zważyć cząstkę elementarną, która prawie nie wchodzi w interakcje z resztą materii, z której jesteśmy zbudowani my i nasze przyrządy pomiarowe?
Neutrina nieustannie przenikają przez nas jak duchy. Aby mieć pewność, że jedno neutrino zostanie zatrzymane, należałoby na jego drodze ustawić płytę ołowiu o grubości jednego roku świetlnego (9,5 bilionów kilometrów). Do wykrywania istnienia neutrin służą ogromne detektory, ukryte głęboko pod powierzchnią ziemi.
Jest nowy rekord pomiaru czasu to: zeptosekundy
Naukowcy zmierzyli najkrótszą jednostkę czasu obserwując cząstkę światła przechodzącą przez molekułę wodoru (H2). Zabrało jej to 247 zs (zeptosekund). Jedna zeptosekunda to 10-21 sekundy.
Zważenie neutrina to cel międzynarodowego projektu KATRIN, którym kieruje Instytut Technologiczny Karlsruhe. W przedsięwzięciu biorą udział badacze z sześciu krajów, m.in. z USA, Hiszpanii, Czech i Rosji. Uczeni wykorzystują zjawisko rozpadu promieniotwórczego beta, zachodzącego w atomach izotopu wodoru zwanego trytem.
KATRIN to aparatura badawcza o długości 70 m. W jej skład wchodzi źródło trytu oraz ogromny spektrometr, który precyzyjnie mierzy właściwości elektronów powstających podczas rozpadu beta. Eksperyment zaczął się w 2019 r. i gromadzi coraz dokładniejsze dane. – Teraz udało nam się ograniczyć zakłócenia i wyodrębnić czysty sygnał. W ten sposób osiągnęliśmy nowe rezultaty – mówi prof. Christian Weinheimer z Westfalskiego Uniwersytetu Wilhelma w Münsterze, rzecznik KATRIN.
Masa neutrina – ile wynosi?
Masy cząstek elementarnych określa się w jednostkach zwanych elektronowoltami (eV). W fizyce cząstek najczęściej operuje się wielokrotnościami tej jednostki: tysiącami (keV), milionami (MeV), miliardami (GeV) czy bilionami (TeV).
Oto masy niektórych cząstek elementarnych:
- elektron – 0,511 MeV,
- proton – 0,938 GeV,
- neutron – 0,938 GeV,
- bozon Higgsa, zwany Boską Cząstką – ok. 126 GeV.
Neutrino jest jednak tak lekkie, że jego masa wynosi mniej niż jeden elektronowolt. Dlatego tak trudno było ją dokładnie zmierzyć. Naukowcy prowadzący eksperyment KATRIN ogłosili, że masa neutrina wynosi nie więcej niż 0,8 eV.
Jak odkrycie NASA na Antarktydzie stało się wiralowym ”dowodem na istnienie równoległego świata, gdzie czas biegnie do tyłu”
NASA odkryło, że nie powinniście czerpać informacji naukowych z tabloidów, kpi fizyk, którego obserwacje z Antarktydy stały się ”dowodem na istnienie równoległego świata, gdzie czas bi...
– Po raz pierwszy udało się zejść w pomiarach poniżej granicy jednego elektronowolta. To ekscytujące osiągnięcie – komentuje John Wilkerson z Uniwersytetu Karoliny Północnej, jeden z uczonych zaangażowanych w KATRIN.
To jednak nie koniec badań. Mają one potrwać co najmniej do 2024 r. Naukowcy mają nadzieję na jeszcze precyzyjniejsze zmierzenie masy neutrina. Pomoże w tym m.in. nowy detektor TRISTAN. Dzięki niemu uczeni mają nadzieję zważyć tzw. neutrina sterylne. To cząstki, które mogą wchodzić w skład tajemniczej ciemnej materii, wypełniającej Wszechświat.
Źródło: Nature Physics
1 z 1
Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce (fot. Leonard Köllenberger for the KATRIN collaboration)
Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce. Schemat detektora KATRIN (fot. Leonard Köllenberger for the KATRIN collaboration)