جرم نوترینو چقدر است؟

مجله علمی ایلیاد - از زمانی که نوسانات نوترینو کشف شده است، فیزیکدانان می‌دانند که نوترینوها دارای جرم هستند، ولی تا کنون نتوانسته‌اند جرم آن‌را به درستی اندازه‌گیری کنند. اکنون دانشمندان آلمانی توانسته‌اند طی آزمایش «KATRIN» حد بالایی برای جرم نوترینوها به‌دست بیاورند.

جرم نوترینو حداقل ۱۰۰،۰۰۰ برابر کمتر از دیگر فرمیون‌های مدل استاندارد فیزیک ذرات است و به همین خاطر می‌توان گفت مکانیسم ایجاد این جرم با دیگر فرمیون‌ها متفاوت است. تعیین جرم نوترینو می‌تواند نور جدیدی بر پرسش بنیادی منشاء جرم ذرات بتاباند.

هر چند جرم نوترینوها کم است، ولی این ذره نقشی اساسی در تکامل ساختارهای بزرگ کیهانی بازی می‌کند، زیرا تعداد بسیار زیادی از آن‌ها در کیهان وجود دارد. اندازه‌گیری مستقیم جرم نوترینو می‌تواند ورودی مهمی برای مدل‌های شکل‌گیری ساختارهای کیهانی باشد. از سال ۱۹۵۶ که نوترینو شناخته شد، دانشمندان زیادی برای اندازه‌گیری جرم آن تلاش کرده‌اند.

یکی از روش‌های مستقیم برای اندازه‌گیری حدودی جرم نوترینو، مطالعات مربوط به برهمکنش‌های ضعیف مانند «واپاشی بتا در ایزوتوپ تریتیوم» که یکی از ایزوتوپ‌های نادر و رادیواکتیو هیدروژن به‌شمار می‌رود، است. تیم KATRIN اکنون دقیق‌ترین آزمایش از این نوع را سازماندهی کرده‌اند. در این آزمایش ترکیبی از منبع تریتیوم مولکولی گازی با یک طیف‌سنج بر اساس قوانین تطابق مغناطیسی آدیاباتیک و فیلترینگ الکترواستاتیک استفاده شده است. این روش‌ها اجازه می‌دهد تا دانشمندان نواحی انتهایی واپاشی تریتیوم را مورد بررسی دقیق‌تر قرار دهند.

سیستم KATRIN در بار دوم راه‌اندازی، به حساسیتی در حدود  کمتر از یک الکترون‌ولت (0.7 الکترون‌ولت) رسید. در واقع اندازه‌گیری جرم نوترینو تا دقت بیشتر از یک الکترون‌ولت، چیزی است که تا کنون انجام نشده بود و موجب ایجاد امیدواری‌های جدید در مورد فیزیک ذرات شده است.

در این آزمایش بدون اینکه از مدل فیزیک ذرات خاصی استفاده شود، اطلاعات خوبی از جرم نوترینو‌ها به‌دست آمده است و به همین دلیل می‌توان به کمک این اطلاعات مدل‌های کیهانی غیر از مدل استاندارد را نیز مورد مطالعه قرار داد.

نتایج این مطالعه در مجله‌ی Nature Physics منتشر شده است.