КЭТРИН
KATRIN — немецкая аббревиатура ( нейтрино Карлсруэ ) , тритием Эксперимент с и обозначающая предприятие по измерению массы электронного антинейтрино с точностью до эВ путем исследования спектра электронов, испускаемых в результате распада трития бета - . Этот эксперимент признан экспериментом CERN (RE14). [1] [2] Ядро аппарата — 200-тонный спектрометр .
В 2015 году были завершены пуско-наладочные измерения на этом спектрометре, успешно проверившие его основные вакуумные, пропускающие и фоновые свойства. [3] Испытания эксперимента начались в октябре 2016 года. Торжественное открытие состоялось 11 июня 2018 года, когда в ходе эксперимента были проведены первые измерения трития (так называемый первый двухнедельный инженерный запуск по тритию или FT в середине 2018 года). Планируемая продолжительность эксперимента на тот момент составляла 5 лет. Первые научные измерения (так называемая первая кампания) состоялись 10 апреля 2019 года. [4]
В феврале 2022 года в эксперименте был объявлен верхний предел m ν < 0,8 эВ c. –2 при доверительном уровне 90% . [5] [6]
Строительство и монтаж
[ редактировать ]
Спектрометр был построен компанией MAN DWE GmbH в Деггендорфе . Хотя танк находился всего в 350 км от Карлсруэ , размер танка делал невозможным наземную транспортировку. [7] Вместо этого его доставили по воде: вниз по Дунаю к Черному морю , через Средиземное море и Атлантический океан в Роттердам , а затем вверх по Рейну в Карлсруэ. Этот объезд длиной 8600 км ограничил наземное путешествие лишь последними 7 км от доков Леопольдсхафена до лаборатории.
Строительство шло хорошо, и к 2010 году несколько основных компонентов были установлены на площадке. Основная программа испытаний спектрометра была запланирована на 2013 год, а полная системная интеграция - на 2014 год. [8] Эксперимент расположен в бывшем исследовательском центре Карлсруэ, ныне кампусе Норд Технологического института Карлсруэ .
Эксперимент
[ редактировать ]
Бета -распад трития — один из наименее энергичных бета-распадов . и У электрона испускаемого 18,6 нейтрино общая энергия между собой составляет всего . кэВ KATRIN разработан для получения очень точного спектра числа электронов, испускаемых с энергиями, очень близкими к этой полной энергии (всего в нескольких эВ), что соответствует нейтрино с очень низкой энергией . Если нейтрино является безмассовой частицей, то нет нижней границы энергии, которую нейтрино может нести, поэтому энергетический спектр электрона должен простираться до предела в 18,6 кэВ. С другой стороны, если нейтрино имеет массу, то оно всегда должно уносить по крайней мере количество энергии, эквивалентное его массе на величину E = m c² , а электронный спектр должен упасть до предела полной энергии и иметь другой форма.
В большинстве событий бета-распада электрон и нейтрино уносят примерно одинаковое количество энергии. События, интересующие КАТРИНА, в которых электрон забирает почти всю энергию, а нейтрино почти ничего, очень редки и происходят примерно один раз на триллион распадов. Чтобы отфильтровать общие события и не перегружать детектор, электроны должны пройти через электрический потенциал , который останавливает все электроны ниже определенного порога, который устанавливается на несколько эВ ниже предела общей энергии. Учитываются только те электроны, у которых достаточно энергии для прохождения потенциала.
Результаты
[ редактировать ]Первые результаты первой кампании измерений (10 апреля – 13 мая 2019 г.) были опубликованы 13 сентября 2019 г. Они установили верхнюю границу массы электронного нейтрино в 1,1 эВ. [9] [10]
По состоянию на сентябрь 2019 года в рамках эксперимента планируется провести 3 кампании по измерению, каждая из которых будет включать 65 дней активных измерений в году. Эксперимент считает, что для достижения целевой чувствительности 0,2 эВ (верхний предел массы нейтрино) потребуется 1000 дней измерений. Таким образом, окончательные результаты ожидаются через 5–6 лет.
Верхний предел на февраль 2022 г. составляет m ν < 0,8 эВ c –2 при 90% CL в сочетании с предыдущей кампанией. [5] [6]
Важность
[ редактировать ]Точная масса нейтрино важна не только для физики элементарных частиц, но и для космологии . Наблюдение осцилляций нейтрино является убедительным свидетельством в пользу массивных нейтрино, но дает лишь слабую нижнюю оценку. [11]
Наряду с возможным наблюдением безнейтринного двойного бета-распада , KATRIN является одним из нейтринных экспериментов, которые, скорее всего, принесут существенные результаты в ближайшем будущем.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- КАТРИНА домашняя страница
- Прибытие основного спектрометра KATRIN в Карлсруэ (фото)
- Отчет о проектировании KATRIN 2004 г.
- эксперимента KATRIN Запись на INSPIRE-HEP
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Признанные эксперименты в ЦЕРН» . Научные комитеты ЦЕРН . ЦЕРН. Архивировано из оригинала 13 июня 2019 года . Проверено 20 января 2020 г.
- ^ «RE14 / KATRIN: Эксперимент с тритием и нейтрино в Карлсруэ» . Экспериментальная программа ЦЕРН . ЦЕРН . Проверено 20 января 2020 г.
- ^ Мертенс, С.; и др. (Коллаборация KATRIN) (2015). «Состояние эксперимента KATRIN и перспективы поиска стерильных нейтрино кэВ-массы в β-распаде трития» . Процессия по физике . 62 : 267–273. Бибкод : 2015PhPro..61..267M . дои : 10.1016/j.phpro.2014.12.043 .
- ^ www-kam2.icrr.u-tokyo.ac.jp/indico/event/3/contribution/27/material/slides/0.pdf
- ^ Jump up to: а б с д Коллаборация KATRIN. «Прямое измерение массы нейтрино с субэлектронвольтовой чувствительностью», Нац. Физ. 18 , 160–166 (2022). два : 10.1038/s41567-021-01463-1
- ^ Jump up to: а б Кастельвекки, Давиде (14 февраля 2022 г.). «Насколько легок нейтрино? Ответ близок, как никогда» . Природа . дои : 10.1038/d41586-022-00430-x . ПМИД 35165410 . S2CID 246827702 .
- ↑ Основной спектрометр KATRIN , по состоянию на 14 ноября 2016 г.
- ^ Таммлер, Т.; и др. (сотрудничество KATRIN) (2010). «Введение в прямые измерения массы нейтрино и KATRIN». Ядерная физика Б: Приложения к сборнику трудов . 229–232: 146–151. arXiv : 1012.2282 . Бибкод : 2012НуФС.229..146Т . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2012.09.024 . S2CID 118585897 .
- ^ «Нейтрино, вакцины против гриппа и решение Фукусимы» . Природа . 573 (7775): 468–469. 2019. Бибкод : 2019Natur.573..468. . дои : 10.1038/d41586-019-02843-7 . ПМИД 31554997 .
- ^ Дрекслин, Гвидо; и др. (9–13 сентября 2019 г.). Прямое измерение массы нейтрино (PDF) . 16-я Международная конференция по темам астрофизики и подземной физики (ТАУП) (слайды пленарного доклада). Тояма, Япония. Архивировано из оригинала (PDF) 25 декабря 2021 года . Проверено 9 октября 2021 г. - через Университет Токио .
- ^ Ангус, GW; Шан, HY; Чжао, HS; Фамей, Б. (2007). «О доказательстве темной материи, закона гравитации и массы нейтрино» . Письма астрофизического журнала . 654 (1): Л13–Л16. arXiv : astro-ph/0609125 . Бибкод : 2007ApJ...654L..13A . дои : 10.1086/510738 .