أعلنت تجربة KATRIN المكلفة بوزن النيوترينوات عن تقدير أكثر دقة للحد الأعلى لكتلتها - تزن النيوترينوات 0.8 إلكترون فولت على الأكثر، أي أن النيوترينوات أخف من 0.8 إلكترون فولت (1 إلكترون فولت = 1.782 × 10-36 كجم).
النيوترينوات (وتعني حرفيًا الجسيمات الصغيرة المحايدة) هي أكثر الجسيمات الأولية وفرةً في الكون . وهي موجودة في كل مكان تقريبًا، في المجرات ، وفي الشمس، وفي كل الفضاء المحيط بنا. تمر تريليونات من النيوترينوات عبر أجسامنا كل ثانية دون أن تتفاعل مع أي جسيم آخر.
تشكلت النيوترينوات لأول مرة بعد 10⁻⁴ ثانية من الانفجار العظيم قبل حوالي 13.8 مليار سنة، ولعبت دورًا هامًا في تطور الكون . وتتشكل باستمرار بكميات هائلة في تفاعلات الاندماج النووي في النجوم، بما في ذلك الشمس، وفي المفاعلات النووية على الأرض، وفي التحلل الإشعاعي. كما أنها مهمة في عملية المستعر الأعظم خلال دورة حياة النجم، وتوفر إشارات مبكرة لانفجارات المستعرات العظمى. وعلى المستوى دون الذري، تُعد النيوترينوات أداة لدراسة بنية النيوكليونات. ويمكن أن تساعد النيوترينوات أيضًا في تفسير عدم تناظر المادة والمادة المضادة.
على الرغم من كل هذه الأهمية، لا يزال الكثير مجهولاً عن النيوترينوات . فنحن لا نعرف كيف تتفاعل مع الجسيمات الأخرى. وبالمثل، منذ اكتشاف تذبذبات النيوترينوات، بات معروفاً أن لها كتلة غير صفرية . نعلم أن كتلة النيوترينوات ضئيلة للغاية وأنها أخف الجسيمات الأولية، لكن كتلتها الدقيقة لا تزال غير محددة. ولتحقيق فهم أفضل للكون ، من الضروري قياس كتلة النيوترينوات بدقة.
تجربة KArlsruhe TRItium Neutrino (KATRIN) في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) ، وهو مشروع تعاوني لستة دول مكرس لقياس كتلة النيوترينو بدقة دون eV.
في عام 2019 ، أعلنت تجربة KATRIN أن النيوترينوات تزن 1.1 إلكترون فولت على الأكثر ، وهو تحسن مضاعف عن قياسات الحد الأعلى السابقة البالغة 2 إلكترون فولت.
إلكترون فولت (eV) هو الطاقة التي يكتسبها الإلكترون عندما يزداد الجهد الكهربائي عنده بمقدار فولت واحد، ويساوي 1.602 × 10⁻¹⁹ جول . على المستوى دون الذري، من الملائم التعبير عن الكتلة بدلالة الطاقة وفقًا لتناظر الكتلة والطاقة كما في المعادلة E=mc² ؛ حيث 1 إلكترون فولت = 1.782 × 10⁻³⁶ كجم.
في 14 فبراير 2022 ، أعلن KATRIN Collaboration عن قياس كتلة النيوترينوات بدقة غير مسبوقة تكشف أن النيوترينوات أخف من 0.8 فولت وبالتالي كسر حاجز 1 فولت في فيزياء النيوترينو.
يهدف فريق البحث إلى مواصلة القياسات الإضافية لكتلة النيوترينو حتى نهاية عام 2024. اعتبارًا من عام 2025 ، وبمساعدة نظام الكشف عن تريستان الجديد ، ستشرع تجربة KATRIN في البحث عن نيوترينوات معقمة. مع وجود كتل في نطاق KeV ، ستكون النيوترينوات العقيمة مرشحة للمادة المظلمة الغامضة.
***
مصادر:
- تجربة كارلسروه تريتيوم نيوترينو (كاترين). متواجد في https://www.katrin.kit.edu/
- معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT). بيان صحفي 012/2022 - النيوترينوات أخف من 0.8 إلكترون فولت. تم النشر في 14 فبراير 2022. متاح في https://www.kit.edu/kit/english/pi_2022_neutrinos-are-lighter-than-0-8-electron-volts.php
- تعاون كاترين. قياس مباشر لكتلة النيوترينو بحساسية الفولت الإلكتروني الفرعي. نات. فيز. 18 ، 160–166 (2022). تاريخ النشر: ١٤ فبراير ٢٠٢٢. DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-021-01463-1
