Yeni ölçümlere göre, nötrinolar bir elektrondan 500.000 kat daha hafiftir. Gelecekte, Karlsruhe’deki KATRIN deneyinin ağırlıklarını daha da sınırlaması ve böylece parçacık fiziğindeki temel soruları yanıtlamaya yardımcı olması amaçlanıyor.
Karlsruhe (Almanya). Fizikte hayalet parçacıklar olarak da bilinen nötrinolar , evrendeki en yaygın temel parçacıklar arasındadır. Nötrinolar diğer maddelerle neredeyse hiç etkileşime girmediğinden, bilim uzun süredir bu temel parçacıkların kütlesi olmadığını varsaymaktadır. Ancak IceCube nötrino gözlemevi ve Laboratori Nazionali del Gran Sasso’nun (LNGS) Borexino dedektörü gibi çeşitli araştırma kurumları artık farklı nötrinoların olduğunu ve bunların bir kütleye sahip olduğunu kanıtladı.
Mevcut araştırma durumu, hayalet parçacıkların kütlesini 0,02 ila 2 elektron volt arasında daralttı. Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’nün (KIT) yürüttüğü ve Washington Üniversitesi’nin katılımıyla gerçekleştirilen Karlsruhe Trityum Nötrino Deneyi (KATRIN), bir nötrinonun kütlesinin 1 elektron volttan az olduğunu kanıtladı. Washington Üniversitesi’nden Hamish Robertson, “nötrinoların kütlesini bilmenin kozmoloji, astrofizik ve parçacık fiziğindeki temel soruları yanıtlayabileceğini” açıklıyor.
Dolaylı kütle tayini
KATRIN deneyinin fizikçileri, nötrinonun kütlesini dolaylı olarak belirlediler. Bu amaçla, bir elektron ve bir nötrino arasında dağıtılan beta bozunması sırasında toplam 18.600 elektron volt enerji açığa çıkaran radyoaktif trityum gazı kullanıldı. Bazı durumlarda, bozunma işlemi sırasında, nötrino yalnızca durağan kütle kesrini alır. KATRIN, hayalet parçacığın kütlesini doğrudan ölçemese de, Einstein tarafından geliştirilen E=mc² formülünü kullanarak elektronun kalan kütlesini ne kadar enerjinin eksik olduğunu belirlemek için kullanabilir ve bunu dolaylı olarak nötrinonun kütlesini belirlemek için kullanabilir.
KATRIN deneyi sadece birkaç haftadır kullanılıyor olmasına rağmen, fizikçiler şimdiden yaklaşık iki milyon elektrondan veri kaydetmeyi başardılar. Nötrinonun kütlesi böylece iki elektron volttan bir elektron volta kadar yarıya indirilebilir. Bu, bir nötrinonun bir elektrondan en az 500.000 kat daha hafif olduğu anlamına gelir.
Daha fazla ölçüm, kütleyi tekrar sınırlamalıdır
KIT’den Guido Drexlin ve KATRIN deneyinde de yer alan Münster Üniversitesi’nden Christian Weinheimer, “Sadece birkaç haftalık bir ölçüm kampanyasından sonra KATRIN, nötrino kütlesi için dünyanın en iyi duyarlılığına sahip ve çoklu önceki deneylerin yıllık ölçümlerinin iki kat artması, projenin olağanüstü derecede yüksek potansiyelini gösteriyor.”
Daha fazla ölçüm dizisi, gelecekte nötrino kütlesini açıkça sınırlandırmalıdır. Bilim adamları bundan yola çıkarak, nötrinoların karanlık madde oluşturup oluşturmayacağı veya mevcut standart modelin tasvir edemediği fiziksel süreçlerden sorumlu olup olmadığı konusunda sonuçlar çıkarmayı umuyor.