Невесомый властелин космоса: нейтрино оказалось легче, чем кто-либо мог представить

В мире элементарных частиц произошло знаковое событие: международная группа исследователей установила новый предел массы для одного из самых загадочных объектов микромира — нейтрино. В сравнении с полученным значением даже протоны и электроны выглядят настоящими гигантами, сопоставимыми по масштабу с черными дырами.

Природа наделила нейтрино поистине удивительными свойствами. Каждую секунду бесчисленные потоки микрочастиц беспрепятственно пронизывают любые предметы, включая человеческое тело. Их ничтожная масса и минимальное воздействие на окружающую среду делают их практически неощутимыми. Среди всех известных элементарных составляющих реальности только у нейтрино до сих пор не определена точная масса, а специалисты продолжают обсуждать, насколько хорошо эти объекты вписываются в Стандартную модель космоса.

Точные измерения могли бы существенно расширить понимание фундаментальных законов мироздания. Ключевой вопрос: обретают они свою массу благодаря бозону Хиггса, как это происходит с остальными элементами, или здесь действует какой-то иной, пока неизвестный механизм?

Для поиска ответов был создан Тритиевый эксперимент KATRIN в Карлсруэ. В основе установки — гигантская вакуумная камера длиной 23 метра, напоминающая по форме дирижабль. Внутри этого сооружения специалисты наблюдают за радиоактивным распадом трития — изотопа водорода с двумя дополнительными нейтронами в ядре.

Процесс распада сопровождается уникальным явлением: атом высвобождает два объекта — электрон и антинейтрино. Зафиксировать вторую составляющую невозможно, именно из-за того, что она проходит сквозь любую материю, словно призрак. Однако ученые нашли изящное решение: тщательно измеряя энергетические характеристики первой частицы, они могут сделать выводы о параметрах второй.

За 259 суток непрерывных наблюдений команде удалось достичь неплохого прогресса: если раньше считалось, что масса нейтрино не может превышать 0,8 электронвольт, то новые данные указывают на еще более скромное значение — не более 0,45 электронвольт. Уточнение этого параметра крайне важно для проверки теоретических моделей физики. Впереди анализ данных за полные 1000 дней исследований, и ученые надеются, что результаты снизятся еще до 0,3 или даже 0,2. Опять же, электрон, который сам по себе считается очень легким, весит 511 000 эВ — в миллион раз больше.

Исследования в рамках проекта KATRIN могут стать настоящим прорывом в фундаментальной науке, считает профессор Сюзанна Мертенс из Института Макса Планка. По ее словам, полученные результаты помогут не только открыть новые разделы физики, но и разгадать тайны зарождения мироздания. Актуальность работы подтверждается недавним открытием: в феврале международная группа ученых зафиксировала в глубинах Средиземного моря рекордно энергичное нейтрино. Предположительно они появляются при столкновении материи с реликтовым излучением — древнейшим светом, сохранившимся со времен формирования космоса.

Если бы масса изучаемой частицы составляла около одного электронвольта, существующая аппаратура смогла бы определить точное значение. Однако реальность оказалась сложнее: столь малые величины требуют принципиально нового оборудования. Следующее поколение детектора, получившее название KATRIN++, будет оснащено еще более чувствительными сенсорами и усовершенствованной системой магнитной фокусировки.

В мире существует не так много определенностей, но некоторые вещи неизменны: неотвратимость времени, обязательность налогов и то, что каждое новое исследование показывает все меньшую массу нейтрино. А что дальше? Кто знает…