Un experiment spectaculos, cu formă de zeppelin, a obținut cea mai precisă măsurare a masei neutrinului

Un experiment spectaculos, cu formă de zeppelin, a obținut cea mai precisă măsurare a masei neutrinului, ultima particulă elementară care mai trebuia măsurată în acest fel. Cercetarea a determinat că această particulă are o masă de 0,45 electronvolți (eV), de un milion de ori mai mică decât a doua particulă subatomică cea mai ușoară cunoscută: electronul.

Noile date au fost obținute de Experimentul Neutrinilor cu Tritiu de la Karlsruhe, Germania (Katrin), și sunt publicate joi în revista Science, un punct de referință pentru cea mai bună știință mondială. Descoperirile stabilesc o limită superioară a masei acestei particule evazive, deși deocamdată nu permit determinarea ei.

Neutrinii sunt a doua cea mai abundentă particulă din univers după foton, care compune lumina și nu are masă. În fiecare secundă, aproximativ 100 de trilioane de neutrini ne traversează fără ca nimic să se întâmple. Așa-numita particulă fantomă nu are sarcină și rareori interacționează cu altele, astfel încât sunt capabile să călătorească prin univers timp de miliarde de ani. Acest lucru îi transformă într-un obiect foarte interesant pentru oamenii de știință care încearcă să înțeleagă unele dintre cele mai violente fenomene ale cosmosului, cum ar fi găurile negre și exploziile stelare, care generează aceste particule. De asemenea, sunt mesageri sosiți de la originea universului, chiar înainte de existența luminii, deoarece fiecare centimetru cubic al cosmosului conține aproximativ 300 de neutrini care au apărut după Big Bang, acum 13,7 miliarde de ani.

Infrastructura experimentului Katrin acționează ca o cameră de vid unde se introduce tritiu, un gaz radioactiv. Acest material se dezintegrează astfel încât unul dintre neutronii săi se transformă într-un proton și emite un electron și un neutrin. Această ultimă particulă este imposibil de detectat, dar se poate deduce masa sa calculând energia electronului și presupunând că ceea ce lipsește este mai mult sau mai puțin masa neutrinului.

În timpul a 259 de zile, între 2019 și 2021, colaborarea Katrin - formată din Germania, Regatul Unit, Republica Cehă și Statele Unite - a măsurat energia a aproximativ 36 de milioane de electroni, un set de date de șase ori mai mare decât în testele anterioare. Rezultatele marchează limita superioară cea mai strictă a masei neutrinului, acei 0,45 electronvolți, cu un nivel de încredere de 90%. Acest rezultat reprezintă a treia îmbunătățire a limitei masei acestei particule.

«Campania de măsurare a masei neutrinului a experimentului Katrin se va finaliza în 2025, după atingerea a 1.000 de zile de achiziție de date», scrie fizicianul Loredana Gastaldo într-un articol complementar publicat de Science. «Analiza întregului set de date obținut din acest mare proiect va permite estimarea masei efective a neutrinului electronic aproape de valoarea proiectată de 0,3 electronvolți, cu un nivel de încredere de 90%», adaugă ea. Aceste măsurători pot permite să se știe «dacă există particule ipotetice, cum ar fi neutrinul steril [numit așa deoarece nu interacționează deloc cu materia], precum și neutrinii care au apărut odată cu nașterea universului», subliniază ea.

Fizicianul Juande Zornoza, cercetător la Institutul de Fizică Corpusculară, un centru mixt al CSIC și Universitatea din Valencia, explică faptul că această nouă limitare este «importantă». «Fiind neutrinul o particulă fundamentală a modelului standard, și, în plus, foarte specială și abundentă, vrem să-i cunoaștem toate proprietățile, iar masa este una dintre cele mai importante», argumentează el. Masa «este una dintre proprietățile sale cele mai anormale, deoarece este foarte mică. Înțelegerea motivului este relevantă, deoarece poate indica un mecanism diferit de modul în care alte particule dobândesc masă. Descoperirea care este prezentată miercuri spune că nu au putut măsura masa exactă, dar au putut stabili limita sa superioară. Cu mai multe statistici, vor putea reduce puțin mai mult această limită sau vor avea în sfârșit o măsură pozitivă a masei, dar pentru asta au nevoie de mai multe date», adaugă el.