Die Ruhemasse von Geisterneutrinos ist eine der begehrtesten Größen in der Teilchenphysik, und dank eines neuen Experiments unter der Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Deutschland sind Wissenschaftler ihrer Bestimmung einen Schritt näher gekommen.
Wenn die Masse der Neutrinos bekannt ist, könnte dies die Tür zu einer Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik öffnen, das alle bekannten Kräfte und Elementarteilchen im Universum beschreibt.
Zu sagen, dass Neutrinos seltsam sind, ist eine Untertreibung. Nachdem zunächst vermutet wurde, dass es überhaupt keine Masse gibt, ist jetzt klar, dass es sich bei diesem kaum existierenden Teilchen tatsächlich um drei Typen in einem handelt, deren Identitäten in einer seltsamen Quantenunschärfe oszillieren, während es durch den Raum rast. Diese schwache Identität bedeutet Masse, was auch Es kommt in verschiedenen Formen vorverschmiert über das sich verändernde Erscheinungsbild des Neutrinos.
Weil sie so leicht und seltsam sind, funktionieren Neutrinos möglicherweise nicht nach denselben Regeln wie andere Teilchen. Das genaue Hinzufügen eines Abstrichs ihrer unglaublich kleinen Massen könnte dabei helfen, neue Modelle in der Teilchenphysik zu bestätigen und auszuschließen.
Allerdings können Physiker Gruppen stationärer Neutrinos nicht wie Weintrauben auf einer Waage wiegen. anstatt, Sie können es einfach Existenz bestätigen Von diesen subatomaren Teilchen durch Berücksichtigung ihrer Wechselwirkungen mit anderen Teilchen, oder Durch die Messung von Produkten Ihr Verfall. Es könnte nur das Teilchen sein Für den kürzesten Moment präsent Aber zu diesem Zeitpunkt hinterlässt es seine Spuren oder Spuren, aus denen Physiker auf die Masse schließen können.
Allerdings üben Neutrinos ohne Ladung und nahezu ohne Gravitationskraft nur die schwächsten Kräfte auf andere Teilchen aus. Tatsächlich strömen derzeit Milliarden von Neutrinos durch Ihren Körper, die meisten davon auf dem Weg von der Sonne, aber … Sie interagieren selten Mit uns.
Nur weil sie nur geringe Auswirkungen auf andere subatomare Teilchen haben, heißt das nicht, dass Neutrinos kein wesentlicher Bestandteil der Materie sind. daß sie Die am häufigsten vorkommenden Moleküle Welche Masse im Universum haben, und zu wissen, was diese Unterschiede bei Neutrinos verursacht, die so kleine Massen ungleich Null sind, kann Physikern dabei helfen, einige der Diskrepanzen im Standardmodell zu lösen oder zu verstehen, die Neutrinos in der Art und Weise ihrer Schwingung aufweisen.
Physiker verbessern ständig ihre besten Schätzungen der Obergrenzen individueller und kollektiver Neutrinomassen mithilfe verschiedener Methoden. Die bisher genaueste Messung eines „Geschmacks“ namens Elektron-Neutrino ergab, dass es nicht mehr als 0,8 MeV betragen konnte. Wenn man das in eine Masse von 1 Kilogramm (oder 2,2 Pfund) umrechnet, entspricht das dem Gewicht von vier Rosinen im Vergleich zur Sonne.
Die jüngste Schätzung wurde im Februar 2022 durch das Karlsruher Tritium-Neutrino-Experiment ermittelt (Katharina) in Deutschland wurde aus dem Sprühnebel von Elektronen und Neutrinos abgeleitet, der als superschwere Form des Wasserstoffzerfalls emittiert wird.
Eine andere Möglichkeit, die Masse eines Neutrinos zu ermitteln, so gering sie auch sein mag, besteht darin, zu untersuchen, was passiert, wenn der Atomkern des künstlichen Isotops Holmium-163 ein Elektron aus seiner inneren Hülle absorbiert. Dadurch wird aus einem Proton ein Neutron, es entsteht Dysprosium-163 und ein Neutrino wird freigesetzt.
Anschließend können Physiker mit einer Art Kalorimeter die gesamte bei diesem Zerfall freigesetzte Energie messen und aus der Gesamtmasse des Atoms und Einsteins berühmter Gleichung E = mc2 die Masse des „fehlenden“ Neutrinos ableiten, das in den Äther geflogen ist.2Wo Masse und Energie gleich sind.
Dies wird als sogenanntes berechnet x-Wert: Ein Energieunterschied, der in die „verlorene“ Masse der Summe der Atomteilchen nach einer Zerfallsreaktion umgewandelt werden kann. Dieser Massenunterschied wird als Neutrino interpretiert.
Allerdings können die Goldatome, in denen Holmium-163 enthalten ist, diese Zerfallsreaktion beeinflussen, Er erklärt Christoph Schweiger, Physiker am Max-Planck-Institut für Kernphysik und Erstautor der neuen Studie.
„Daher ist es wichtig, den Q-Wert mit einer alternativen Methode möglichst genau zu messen und mit dem kalorimetrisch ermittelten Wert zu vergleichen, um mögliche systematische Fehlerquellen aufzudecken.“ sagen.
Dazu haben Schweiger und seine Kollegen ein Experiment aufgebaut, das fünf sogenannte kombinierte Schreibfallenübereinander gestapelt in einem supraleitenden Magneten, der im Vakuum steht und in flüssiges Helium bei etwa 4 Grad Kelvin (-269,1 Grad Celsius oder -452,5 Grad Fahrenheit) getaucht ist.
All diese Bemühungen tragen dazu bei, die Ausrüstung zu schützen, sodass sie empfindlich genug ist, um Partikel in den Penningfallen einzufangen und winzige Energieunterschiede zwischen den geladenen Holmium-163- und Dysprosium-163-Ionen zu messen.
„Bei einem Airbus A-380 mit maximaler Nutzlast kann man anhand dieser Empfindlichkeit feststellen, ob ein einziger Wassertropfen darauf gelandet ist oder nicht“, sagte Schweiger. sagen.
Tatsächlich maßen die Forscher die einströmenden Holmium-163-Ionen und die resultierenden Dysprosium-163-Ionen und kamen zu einem Q-Wert von 2863,2 ± 0,6 eVC.-2was 50-mal genauer ist als die vorherige Spannung, die einen Wert von 2833 ± 34 V C erreichte.-2.
Die Verwendung eines genaueren, unabhängig gemessenen Q-Werts in Verbindung mit anderen experimentellen Ergebnissen „ist von entscheidender Bedeutung, um systematische Unsicherheiten bei der Bestimmung der Neutrinomasse zu bewerten“, sagen Schweiger und Kollegen. Schreiben in ihrer veröffentlichten Arbeit.
Obwohl dies nur ein Teil des Puzzles ist, kann eine verbesserte Auflösung in Metriken wie Q mit einer Vielzahl von Methoden kombiniert werden, um zu verstehen, warum sich die seltsamen, schimmernden Geister in der Teilchenwelt wie Poltergeister verhalten.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturphysik.
