في يوم الخميس ، كشف الباحثون عن القياس الأكثر دقة حتى الآن من النيوترينو ، مما قلل من الحد الأقصى الممكنة من الكتلة الشبحية للمادة التي تتخلل عالمنا.
والنتيجة ، التي نشرت في مجلة Science ، لا تحدد الكتلة الدقيقة للنيوترينو ، فقط الحد الأعلى. لكن النتيجة تساعد في جعل علماء الفيزيائيين أقرب إلى معرفة ما هو الخطأ في النموذج القياسي المزعوم ، وأفضل ما لديهم-وإن غير مكتمل-في القوانين التي تحكم العالم دون الذري. إحدى الطرق التي يعرفها الفيزيائيون أنها ليست دقيقة تمامًا هي أنه يشير إلى أن النيوترينو لا ينبغي أن يكون له أي كتلة على الإطلاق.
في المقاييس العظيمة ، سيساعد معرفة المزيد عن النيوتريونات علماء الكون على ملء صورتهم الضبابية للكون ، بما في ذلك كيفية تجميع المجرات معًا وما الذي يؤثر على توسيع الكون منذ الانفجار الكبير.
وقال جون ويلكيرسون ، وهو عالم فيزيائي بجامعة نورث كارولينا ، تشابل هيل ومؤلف دراسة جديدة: “نبحث عن محاولة فهم سبب وجودنا هنا”. “وهذا شيء قد يكون للنيوتريونات دور رئيسي فيه.”
يعرف الفيزيائيون بعض الأشياء عن النيوتريونات. وهي غزير الإنتاج عبر الكون ، والتي تم إنشاؤها فعليًا في أي وقت نوى ذرية تجمع أو تمزق. لكنهم لا يحملون أي شحنة كهربائية ويصعب اكتشافها.
تأتي النيوتريونات أيضًا في ثلاثة أنواع ، يصفها الفيزيائيون كنكهات. ومن الغريب ، أنهم يتحولون من نكهة إلى أخرى أثناء تحركهم عبر المكان والزمان ، وهو اكتشاف معترف به من قبل جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2015. الآلية الأساسية التي تجعل هذه التحولات ممكنة ، أدرك علماء الفيزياء أن النيوتريونات يجب أن يكون لها بعض الكتلة.
ولكن فقط هكذا. النيوتريونات خفيفة في التفكير ، ولا يعرف الفيزيائيون السبب.
قال أليكسي لوخوف ، عالم في معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا ، إن الكشف عن القيم الدقيقة لكتلة النيوتريونات يمكن أن يؤدي إلى “نوع من البوابة” للفيزياء الجديدة. وقال عن قياس فريقه: “هذا ، في الوقت الحالي ، أفضل حد في العالم”.
استخدم الدكتور لوخوف وزملاؤه Karlsruhe Tritium Neutrino ، أو كاترين ، لتضييق كتلة النيوترينو. في أحد طرفي الجهاز الذي يبلغ طوله 230 قدمًا ، كان مصدر تريتيوم ، وهو نسخة أثقل من الهيدروجين مع اثنين من النيوترونات في نواةها. نظرًا لأن التريتيوم غير مستقر ، فإنه يتحلل إلى الهيليوم: يتحول نيوترون واحد إلى بروتون ، والذي يبصق إلكترونًا في هذه العملية. كما أنه يبصق على Antineutrino ، التوأم المضاد للنيوترينو. يجب أن يكون الاثنان كتلة متطابقة.
يتم تقسيم كتلة التريتيوم الأصلية بين منتجات الانحلال: الهيليوم والإلكترون و antineutrino. لا يمكن اكتشاف النيوتريونات أو antineutrinos مباشرة ، ولكن سجل مستشعر في الطرف الآخر من التجربة سجل 36 مليون إلكترون ، على مدى 259 يومًا ، من التريتيوم المتحلل. من خلال قياس طاقة حركة الإلكترون ، يمكن أن تستنتج بشكل غير مباشر الحد الأقصى للكتلة الممكنة ل antineutrino.
وجدوا أن هذه القيمة لا تزيد عن 0.45 إلكترونفولت ، في وحدات الكتلة التي يستخدمها علماء الفيزياء الجسيمات ، بمليون مرة أخف وزنا من الإلكترون.
تم قياس الحد الأعلى على الكتلة لنكهة واحدة فقط من النيوترينو. لكن الدكتور ويلكيرسون قال إن تسمير كتلة المرء يجعل من الممكن حساب الباقي.
آخر قياس يدفع الكتلة المحتملة للنيوترينو أقل من الحد السابق الذي حدده في عام 2022 من قبل تعاون كاترين ، لا يزيد عن 0.8 إلكترون. كما أنه ما يقرب من ضعف الدقة.
وأثنى إليز نوفتسكي ، وهو عالم فيزيائي في جامعة واشنطن لم يشارك في العمل ، بجهد فريق كاترين الدقيق.
قالت عن التجربة والاكتشاف: “إنها في الحقيقة مجرد جولة في القوة”. “لدي ثقة تامة في نتائجهم.”
يعمل فريق كاترين على حدود أكثر تشددًا على كتلة النيوترينو من 1000 يوم من البيانات ، والتي تتوقع جمعها بحلول نهاية العام. سيمنح ذلك الفيزيائيين المزيد من الإلكترونات لقياسه ، مما يؤدي إلى قياس أكثر دقة.
ستساهم تجارب أخرى أيضًا في فهم أفضل لكتلة Neutrino ، بما في ذلك المشروع 8 في سياتل وتجربة Neutrino العميقة تحت الأرض ، منتشرة عبر مرفقين للفيزياء في الغرب الأوسط.
علماء الفلك الذين يدرسون بنية الكون ككل ، ويعتقد أنهم يتأثرون بالمجموعة الواسعة من النيوتريونات التي تغمر الكون ، لديهم قياس خاص بكتلة الجسيمات. لكن وفقًا للدكتور ويلكيرسون ، فإن الحدود التي وضعها علماء الفلك الذين يحدقون في الفراغ لا تتطابق مع ما يحسبه علماء الجسيمات في المختبر ، حيث يقومون بفحص العالم دون الذري.
وقال “هناك شيء مثير للاهتمام حقًا”. “والحل المحتمل لذلك سيكون فيزياء تتجاوز النموذج القياسي.”
