Международный научный коллектив подвел итоги серии экспериментов в рамках проекта ECHo (Electron Capture in Ho-163 Experiment). Ученым удалось существенно уточнить верхний предел массы нейтрино.
Что такое нейтрино и почему их сложно изучать
Нейтрино представляют собой элементарные частицы, которые лишены электрического заряда и обладают экстремально малой массой. Из-за крайне слабого взаимодействия с материей прямое измерение их массы превращается в сложнейшую экспериментальную задачу. Уточнение этого параметра критически важно для физики: это позволит проверить новые теоретические модели, выходящие за рамки Стандартной модели, и лучше понять процессы формирования и эволюции Вселенной.
Методика эксперимента ECHo
В ходе исследований физики использовали изотоп гольмий-163. В процессе радиоактивного распада это вещество захватывает электрон, превращаясь в диспрозий, при этом испуская нейтрино. Масса частицы влияет на распределение энергии распада, и именно эти микроскопические сдвиги фиксируют сверхчувствительные приборы.
Инструментарий базировался на металлических магнитных калориметрах, созданных специалистами Института физики имени Кирхгофа при Гейдельбергском университете. Ключевые характеристики системы:
- Размер детектора: около 200 микрометров.
- Рабочая температура: 20 милликельвинов.
- Цель: фиксация минимальных энергетических колебаний.
Детекторный модуль для экспериментов ECHo, разработанный и созданный в Институте физики имени Кирхгофа. Детекторный чип расположен посередине, четыре окружающих чипа содержат сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства. Фото: ECHo Collaboration
Результаты и перспективы
За время последнего этапа работы исследователи зарегистрировали около 200 миллионов распадов гольмия-163. Полученные данные позволили снизить верхний предел массы нейтрино на порядок относительно предыдущих измерений ECHo. Показатель оказался вдвое лучше, чем у конкурирующего проекта HOLMES, работающего с тем же изотопом.
Профессор Лоредана Гастальдо, возглавляющая проект, подчеркнула, что успех эксперимента доказывает состоятельность выбранного подхода. Следующим шагом станет реализация проекта ECHo-LE (Large Experiment), для которого уже выделен грант Европейского исследовательского совета (ERC). В планах — масштабирование установки: число детекторов будет увеличено со 100 до 20 000 единиц.
На текущий момент эксперимент ECHo выступает важным дополнением к проекту KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment). Несмотря на то что KATRIN уже установил строгие ограничения на массу нейтрино, его установка приближается к теоретическому пределу чувствительности, в то время как методика ECHo открывает новые возможности для будущих исследований.
