Міжнародна команда фізиків зробила черговий важливий крок у пошуках нової фізики за межами Стандартної моделі. Експеримент KATRIN, який працює в Німеччині, оприлюднив найточніші на сьогодні прямі результати пошуку так званих стерильних нейтрино — гіпотетичних частинок, що десятиліттями залишалися однією з головних загадок сучасної фізики. Нові дані суттєво звузили простір для їхнього існування і поставили під сумнів низку попередніх аномальних результатів.
Чому нейтрино такі важливі
Нейтрино — одні з найпоширеніших частинок у Всесвіті, але водночас і одні з найскладніших для виявлення. Вони майже не взаємодіють із речовиною, пролітаючи крізь планети й зірки, ніби їх не існує. Стандартна модель передбачає три типи нейтрино, і відкриття їхніх осциляцій довело, що ці частинки мають масу — вже це стало революцією для фізики.
Втім, протягом багатьох років окремі експерименти фіксували дивні відхилення, які неможливо було пояснити в межах трьох відомих нейтрино. Це породило гіпотезу про існування четвертого типу — стерильного нейтрино, яке взаємодіє з іншими частинками ще слабше, ніж звичайні нейтрино. Його підтвердження могло б докорінно змінити наше уявлення про фундаментальні закони природи.
Як працює експеримент KATRIN
Експеримент KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino) створили для надточного вимірювання маси нейтрино. Він досліджує бета-розпад тритію — процес, під час якого електрон і нейтрино «ділять» між собою енергію. Якщо в цьому процесі народжується стерильне нейтрино, воно залишає характерний «злам» у спектрі енергій електронів.
Установка, що простягається більш ніж на 70 метрів, включає потужне джерело тритію, високоточний спектрометр і чутливі детектори. З 2019 по 2021 рік KATRIN зафіксував близько 36 мільйонів електронів протягом 259 днів вимірювань. Точність аналізу склала менше одного відсотка — безпрецедентний рівень для таких експериментів.
Результат: слідів стерильного нейтрино не знайдено
Аналіз, опублікований у журналі Nature, не виявив жодних ознак стерильних нейтрино. Це означає, що значна частина параметрів, які раніше вважалися можливими, тепер виключена. Зокрема, результати суперечать аномаліям, зафіксованим у деяких реакторних і галієвих експериментах, а також повністю спростовують заяви експерименту Neutrino-4 про виявлення стерильного нейтрино.
Важливо, що KATRIN підходить до проблеми інакше, ніж осциляційні експерименти. Він аналізує енергію електронів безпосередньо в момент народження нейтрино, а не зміну їхнього типу під час руху. Разом ці методи дають узгоджену картину, яка дедалі менше залишає шансів для легких стерильних нейтрино.
Погляд у майбутнє: пошук триває
Експеримент ще не завершено. До 2025 року KATRIN планує зібрати дані про понад 220 мільйонів електронів, що у шість разів збільшить статистику і дозволить ще сильніше підвищити чутливість вимірювань. А вже у 2026 році установку модернізують, додавши детектор TRISTAN, який зможе реєструвати повний спектр бета-розпаду тритію.
Це відкриє шлях до пошуку стерильних нейтрино з більшими масами — у діапазоні кілоелектронвольт. Саме такі частинки вважаються потенційними кандидатами на роль темної матерії, яка становить більшу частину маси Всесвіту.
Що це означає для науки
Нові результати KATRIN не просто «закривають двері» для популярної гіпотези, а й допомагають фізикам точніше зрозуміти, де саме шукати нову фізику. Навіть негативний результат тут є надзвичайно цінним: він звужує поле пошуків і спрямовує зусилля туди, де шансів на прорив більше.
Пошуки стерильного нейтрино тривають, але тепер вони стають значно більш сфокусованими — а це часто і є шляхом до справжніх відкриттів.
Джерело: portaltele.com.ua