Nevtrini na tehtnici

Nevtrinski eksperiment KATRIN naj bi pomagal določiti maso "dušnih delcev"

Znotraj glavnega KATRIN spektrometra, najtočnejšega ravnovesja nevtrinov na svetu. © Michael Zacher / KIT
prebral

Kako težki so nevtrini? Odgovor na to ključno vprašanje bi lahko kmalu našli v Karlsruheju. Ker je tam začela obratovati najbolj natančna nevtrino "lestvica" na svetu. Natančen in močan eksperiment bo pomagal določiti maso skrivnostnih "delcev duhov" in tako razjasnil eno najpomembnejših vprašanj sodobne fizike delcev in kozmologije.

Neutrini so tako vseprisotni, kot so enigmatični. Vsako sekundo bili trilijoni teh elementarnih delcev neopazno tečejo po nas skozi naša telesa in ves planet. "Delci duha" nastajajo med radioaktivnim razpadom, na soncu, pa tudi pri supernovah in drugih kozmičnih katastrofah.

Ampak ne množično

A temeljna lastnost nevtrinov je še vedno nejasna: njihova masa. "Šele dve desetletji mineva, odkar vemo, da imajo nevtrini sploh počitek, " pojasnjuje Guido Drexlin z Tehnološkega inštituta Karlsruhe (KIT). Ker so se po standardnem modelu ti delci šteli za brez mase. Le demonstracija nevtrinskega nihanja - preoblikovanje ene vrste nevtrina v drugo - je to zavrnila.

Kako velika je masa različnih nevtrinov, je mogoče določiti le posredno. Vrednosti so torej le približki - omejujejo samo dejansko vrednost. Ker pa so vedenje in učinki nevtrinov v živalskem vrtu delcev bistveno odvisni od njihove mase, je natančno poznavanje njihove mase pomembno za kozmologijo in fiziko kot celoto.

Koliko tehta nevtrino? KATRIN eksperiment na KIT © Karlsruhe Institute of Technology

Pomanjkanje energije razkriva množico

To vprašanje zdaj pojasnjuje novo KATRIN "ravnovesje nevtrinov". Uradno je bil odprt v KIT 11. junija in zdaj začenja meritve. "KATRIN je eksperiment presežnikov in bo ugotovitve o našem vesolju dopolnil s ključnim delom sestavljanke, " pravi zvezna ministrica za raziskave Anja Karliczek. zaslon

Načelo nove "Tehtnice": Dobava tricija ustvarja z radioaktivnim razpadom beta proces en elektron in en nevtrino skupaj skupaj okoli 100 milijard na sekundo. Pri vsakem od teh razpadov se sprosti energija 18.600 elektronov voltov, ki ločita dva nastala delca. Einsteinova formula E = mc kaže, da se mora nevtrino vsaj zavedati svoje preostale mase energije.

Sistem tuljave s 15 obroči s premerom 12, 6 metra ustvarja magnetno polje v spektrometru, ki kompenzira učinke zemeljskega magnetnega polja. KIT

In tukaj je srce spektrometra KATRIN Spiel. Ta več kot deset metrov debel in približno 25 metrov dolg detektor v obliki sodčka zajame elektrone in z visoko natančnostjo meri njihovo največjo energijo. Energijo, ki ji pri meritvah manjka elektrona, v primerjavi s skupno vrednostjo je treba pripisati nevtrinu. To posredno določa njegovo maso. To temelji na predhodnih izračunih pod 0, 2 elektrona vol, kar ustreza nepredstavljivo majhni masi 3, 6 x 10 -37 kilogramov.

"Eksperimentalno novo ozemlje"

Kolikšna je masa nevtrinov, fiziki zdaj upajo, da bodo izšli iz uporabe KATRIN-a. Da bi to uspelo, je spektrometer izjemno občutljiv in poleg tega največji na svetu visoko visok vakuumski vsebnik: v njegovi notranjosti je tlak tako nizek kot na lunini površini.

"Edinstvene lastnosti vira in spektrometra so zelo pomembne za oceno kompleksnih podatkov, " pravi Kathrin Valerius iz KIT. "Predvsem prvi tedni odvzema podatkov bodo še posebej navdušujoči, saj bomo potem že lahko prebili na eksperimentalno novo ozemlje."

(Tehnološki inštitut Karlsruhe, 12.06.2018 - NPO)