Sciencemag.cz
Doporučujeme
Klidová hmotnost neutrina je pro současnou fyziku docela záhada. Téměř jistě není nulová (jak původně předpokládal Standardní model), ale nic moc víc nevíme. Výsledek by přitom mohl mít význam při hledání „fyziky za Standardním modelem“. Tým vedený Klausem Blaumem z Ústavu Maxe Plancka pro jadernou fyziku v Heidelbergu nyní v rámci mezinárodní spolupráce ECHo měl k „vážení“ neutrin významně přispět.
Pomocí Penningovy pasti s mimořádnou přesností změřili změnu hmotnosti izotopu holmia-163, když jeho jádro zachytí elektron a změní se na dysprosium-163. Na základě toho se podařilo určit tzv. hodnotu Q 50krát přesněji než dříve. Pomocí přesnější hodnoty Q lze odhalit případné systematické chyby při určování hmotnosti neutrin.
Jednou z možností pro zjišťování hmotnosti neutrina je beta rozpad tritia. Zde se jeden ze dvou neutronů v supertěžkém vodíku rozpadá na proton a emituje elektron a neutrino, čímž se atom mění na lehčí helium. Tento proces „váží“ experiment KATRIN v Technickém institutu v Karlsruhe.
Doplňkovou cestou je zachycení elektronu umělého izotopu holmium-163. Zde atomové jádro zachytí elektron z vnitřního elektronového obalu, čímž se proton přemění na neutron, a vznikne tak prvek dysprosium-163. Při zachycení elektronu z vnitřního elektronového obalu se mj. uvolní také neutrino. Mezinárodní spolupráce ECHo, do níž jsou zapojeni i vědci z Heidelbergu, se snaží tento rozpadový proces měřit s maximální přesností. ECHo jako „kalorimetr“ měří celkovou energii uvolněnou při tomto rozpadu: Ta odpovídá maximu hodnoty Q (viz výše) minus klidová hmotnost uvolněného neutrina (poznámka: prostě se to pak má nějak dopočítat ze vztahu mezi hmotností a energií, nejspíš). Za tímto účelem je izotop holmia-163 zabudován do vrstvy atomů zlata. „Tyto atomy zlata by však mohly mít na holmium-163 vliv,“ pokračuje původní tisková zpráva. „Proto je důležité změřit hodnotu Q co nejpřesněji alternativní metodou a porovnat ji s kalorimetricky stanovenou hodnotou, abychom odhalili možné systematické zdroje chyb.“
Zde přichází ke slovu heidelberský experiment s pentatrapem. Pentatrap se skládá z pěti Penningových pastí. V těchto pastech lze zachytit elektricky nabité atomy v kombinaci statického elektrického a magnetického pole. Tyto ionty „tančí“ a to umožňuje s mimořádnou přesností určit jejich hmotnost.
„Penningova past funguje v zásadě jako houpačka. Pokud na dvě stejné houpačky vedle sebe dáte dvě děti s různou hmotností a budete na ně tlačit stejnou silou, budete postupně pozorovat posun frekvencí houpání. Toho lze využít k výpočtu rozdílu hmotnosti obou dětí. V případě experimentu s pentatrapem se jedná o rozdíl hmotností mezi iontem holmia-163 a iontem dysprosia-163. Kromě toho platí, že čím rychleji obě děti kmitají, tím dříve se získá výsledek, který je při stejné době pozorování také mnohem přesnější než při pomalém kmitání.“
Experiment KATRIN určil dosud nejpřesnější horní hranici hmotnosti neutrina jako řádově 10 na -36 kg (0,8 eV / kvadrát rychlosti světla). A to je pouze horní hranice. Analýza odhadovaného rozložení hmotností ve vesmíru dokonce dospívá k podstatně nižší horní hranici hmotností neutrin, která činí 0,12 elektronvoltu / kvadrát rychlosti světla.
Direct high-precision Penning-trap measurement of the Q-value of the electron capture in 163Ho for the determination of the electron neutrino mass, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02461-9
Zdroj: Max Planck Society / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Poznámky PH:
No, že by se v tom laik zrovna vyznal… Ona ta tisková zpráva, jak to chápu, spíše „kalibruje“ používanou metodu a že se různými postupy dojde ke srovnatelným výsledkům, takže by ty metody měly dávat nějaké realistické výsledky.
A ještě třeba dodat, že tři známé typy neutrin vůbec nemusejí mít totožnou klidovou hmotnost.
Viz také: Horní hranice hmotnosti neutrina
S hmotnosti neutrin to je slozitejsi. Neutrina, ktera vznikaji v jadernych reakcich, vlastne hmotnost nemaji definovanou. Jsou smesi tri hmotsnostich stavu neutrin, m1, m2 a m3, s ruznymi pomery. To, co tyto experimenty meri, je stredni hodnota hmoty elektronoveho neutrina. Pokud by byly dostatecne citlive (coz zatim nejsou), tak by v energetickem spektru ukazaly interferencni obrazec vznikly interferenci tri hmotnostich stavu neutirn namichanych v elektronovem neutrinu.
A ty hmotnostni stavy maji ruznou hmotnost, to zpusobuje oscuilaci neutrin. Z oscilace neutrin je mozne zmerit rozdily ikvadratu hmotnosti techto tri stavu, bohuzel ale absolutni velikost jejch hmotnosti z oscilaci zmerit nelze.
Dnes se stavi velke neutrinove experimenty, ktere maji za ukol presne zmerit ty rozdily kvadratu hmotnosti a take, jak jsou tyto hmotnosti stavy namichane v elektronovem, mionovem a taonovem neutrinu.