Немецкие ученые из Института ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге впервые сумели относительно точно измерить массу нейтрино — невероятно легких и почти неуловимых частиц. Исследование опубликовано в научном журнале Nature Physics (NatPhys).
Нейтрино взаимодействуют с другими частицами материи только через слабое взаимодействие, лежащее в основе бета-распада атомного ядра. Это позволяет сотням триллионов нейтрино каждую секунду проходить сквозь Землю и через наши тела без какого-либо вреда. Чрезвычайно редкие столкновения нейтрино с другими частицами можно засечь только с помощью огромных детекторов.
Команда использовала так называемую ловушку Пеннинга — устройство, создающее однородное статическое магнитное поле и пространственно неоднородное электрическое поля для хранения заряженных частиц.
В ходе экспериментов им удалось поймать в ловушку атомы изотопа гольмий-163. При захвате электрона из внутренней электронной оболочки этот элемент преобразуется в изотоп диспрозий-163, а в ходе процесса высвобождается нейтрино.
Ученые измерили энергию ионов гольмия-163 и диспрозия-163, и на основе этой разницы сумели оценить энергию неуловимой частицы.
Затем исследователи «взвесили» нейтрино по знаменитой формуле Эйнштейна E = mc2, разделив значение энергии на квадрат скорости света. Это дало результат 0,000000000000000000000000000000000014 килограмма, или 10 в -36-й степени. Результат оказался в 50 раз точнее всех предыдущих попыток вычисления массы нейтрино.
По словам специалистов, для наглядности это значение можно сравнить с разницей в массе между изюминкой и Солнцем.
Авторы открытия добавили, что масса нейтрино может быть еще ниже, однако для более точных вычислений нужны более совершенные методы, выходящие за рамки современных технических возможностей.