Físicos alcançaram a menor medida até agora da massa de uma partícula fantasma: ScienceAlert

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No início deste ano, isótopos de hidrogênio em decomposição nos deram a menor medida até agora da massa de um neutrino.

Ao medir a distribuição de energia dos elétrons liberados durante o decaimento beta do trítio, os físicos determinaram que o limite superior para a massa do antineutrino do elétron é de apenas 0,8 elétron-volts.

Isso é 1,6 × 10–36 quilogramas em massa métrica e muito, muito pequenos em imperial.

Embora ainda não tenhamos um preciso medição, estreitando-a nos aproxima da compreensão dessas estranhas partículas, o papel que desempenham no Universo e o impacto que podem ter em nossas teorias atuais da física.

A conquista foi feita no Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) Na Alemanha.

“A segunda campanha de medição de massa de neutrinos do KATRIN, apresentada aqui, atingiu a sensibilidade de sub-elétron-volt,” os pesquisadores escreveram em seu artigopublicado em fevereiro de 2022.

“Combinado com a primeira campanha, definimos um limite superior aprimorado de mν

Neutrinos são muito peculiares. Eles estão entre as partículas subatômicas mais abundantes no Universo, semelhantes aos elétrons, mas sem carga e quase sem massa.

Isso significa que eles interagem muito raramente com a matéria normal; na verdade, bilhões estão passando por seu corpo agora.

É por isso que as chamamos de partículas fantasmas. Também os torna incrivelmente difíceis de detectar. Nós temos alguns métodos de detecção – como Detectores de neutrinos de Cherenkov – mas estes são indiretos, captando os efeitos dos neutrinos que passam, em vez dos próprios neutrinos.

Tudo isso significa que medir a massa quase zero dessas partículas é um desafio particularmente difícil.

Mas, se pudermos obter uma medida dessa propriedade, haverá muito mais a aprender sobre o Universo. Infelizmente, também é muito difícil de fazer. Você não pode simplesmente pegar uma escama minúscula, jogar um neutrino nela e encerrar o dia.

KATRIN aproveita o decaimento beta de um isótopo radioativo instável de hidrogênio chamado trítio para sondar a massa de um neutrino. Dentro da câmara de 70 metros (230 pés), o gás trítio decai em hélio, um elétron e um antineutrino de elétron, enquanto um enorme e sensível espectrômetro analisa os resultados.

Como os neutrinos são tão fantasmagóricos, não é possível medi-los. Mas os físicos têm certeza de que uma partícula e sua antipartícula têm massa e energia distribuídas uniformemente; portanto, se você medir a energia dos elétrons, poderá derivar a energia do neutrino.

Foi assim que a equipe obteve o limite superior de 1 elétron-volt para a massa do neutrino em 2019.

Para refinar esse resultado, a equipe combinou um aumento no número de decaimentos de trítio com métodos para reduzir a contaminação de outros tipos de decaimento radioativo, resultando em seu limite superior refinado.

“Esse trabalho trabalhoso e intrincado foi a única maneira de excluir um viés sistemático de nosso resultado devido a processos distorcidos”, disse. disseram os físicos Magnus Schlösser do Karlsruhe Institute of Technology e Susanne Mertens do Instituto Max Planck de Física na Alemanha.

“Estamos particularmente orgulhosos da nossa equipa de análise que aceitou este enorme desafio com grande empenho e foi bem sucedida.”

O resultado marca a primeira vez que as medições de um neutrino caíram abaixo do limite de 1 elétron-volt. É um resultado importante que, embora ainda não seja uma massa exata, permitirá aos cientistas refinar modelos físicos do Universo.

Enquanto isso, a colaboração continuará tentando refinar as medições da massa do neutrino.

“Outras medições da massa de neutrinos continuarão até o final de 2024”, os pesquisadores disseram.

“Para esgotar todo o potencial desse experimento único, aumentaremos constantemente as estatísticas de eventos de sinal e desenvolveremos e instalaremos continuamente atualizações para reduzir ainda mais a taxa de fundo”.

Os resultados foram publicados em física da natureza.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em fevereiro de 2022.



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