Najmniejsze cząstki jeszcze mniejsze. Naukowcy wyznaczyli nową granicę
To jedna z najdziwniejszych cząstek we wszechświecie – niewidzialna, niemal pozbawiona masy, a mimo to wszędobylska. Neutrina od lat intrygują fizyków, a teraz naukowcy są bliżej niż kiedykolwiek, by odkryć ich tajemnicę.
Ile waży neutrino? Nowy rekord naukowców
Neutrina, znane też jako "cząstki-duchy", należą do najbardziej zagadkowych i trudnych do uchwycenia elementów wszechświata. Choć są jednymi z najpowszechniejszych cząstek elementarnych - powstawały już w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu - do dziś nie udało się jednoznacznie określić ich masy. Najnowsze wyniki opublikowane w czasopiśmie Science przez międzynarodowy zespół badaczy z projektu KATRIN wyznaczyły nową, rekordowo niską granicę: maksymalnie 0,45 elektronowoltów (eV).
Dla porównania elektron (który sam jest niezwykle lekki) waży aż 511 000 eV. Neutrina są więc co najmniej milion razy lżejsze. Każdego dnia biliony tych cząstek przelatują przez nasze ciała, ale są tak słabo oddziałujące, że nie jesteśmy w stanie ich wyczuć.
Neutrin nie da się zważyć. Fizycy muszą stosować naukowe "sztuczki"
Projekt KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) to jedno z największych na świecie przedsięwzięć mających na celu zważenie neutrin. W centrum eksperymentu znajduje się olbrzymi, 70-metrowy spektrometr przypominający kształtem sterowiec. W jego wnętrzu naukowcy badają rozpad promieniotwórczego trytu - izotopu wodoru. Elektron i neutrino dzielą energię wytworzoną przez rozpad trytu. Tak więc sztuczka polega na zmierzeniu energii elektronu, aby wywnioskować informacje o neutrinie.
Nowy rekord został osiągnięty dzięki analizie aż 36 milionów elektronów zarejestrowanych w ciągu 259 dni. To dwukrotnie dokładniejszy wynik niż wcześniejszy limit sprzed dwóch lat. Ale to jeszcze nie koniec - do końca roku zespół planuje zebrać dane z aż 250 milionów rozpadów, co może pozwolić obniżyć granicę masy neutrina nawet do 0,3 eV, a może i 0,2 eV.
Dlaczego masa neutrina jest tak istotna dla fizyków?
Masa neutrina odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu wielkoskalowej struktury wszechświata. Jak mówi Thierry Lasserre, fizyk z francuskiego instytutu CEA, neutrino "łączy to, co nieskończenie małe, z tym, co nieskończenie wielkie". Jego masa wpływa m.in. na sposób formowania się galaktyk i może dostarczyć wskazówek dotyczących natury ciemnej materii i ciemnej energii - zjawisk, które stanowią aż 95 proc. wszechświata, a których wciąż nie rozumiemy.
Niektórzy naukowcy uważają, że istnieje jeszcze inna, cięższa odmiana neutrin - tzw. neutrina sterylne - które mogą być w rzeczywistości tym, co znamy jako ciemną materię. Ich poszukiwaniom ma służyć planowany kolejny etap eksperymentu KATRIN - system detekcji TRISTAN.
Źródła: Phys.org, gizmodo.com
Literatura:
1) KATRIN Collaboration et al., Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data.Science388,180-185(2025).DOI:10.1126/science.adq9592
2) Loredana Gastaldo, Closing the gap in the neutrino mass.Science388,146-147(2025).DOI:10.1126/science.adw9435
