Физиците се приближиха към определяне на масата на неутриното

Експерименти на японския детектор KamLAND помогнаха на физиците да стеснят пределите на възможната маса на неутриното. Учените не са открили следи от изключително редки варианти на разпад на ядрата на ксенон-136, което говори за по-ниска маса на тези частици от очакваното, разказва френският физик Адам Фалковски.

Неутриното представляват най-малките елементарни частици, които „общуват“ с околната материя само чрез гравитацията и така наречените слаби взаимодействия, проявяващи се само на разстояния, съществено по-малки от размерите на атомното ядро. В средата на миналия век учените са открили три вида такива частици – тао, мюонно и електронно неутрино, както и техните античастици.

Наблюдения на Слънцето през 60-те години и експерименти са установили, че неутриното от различни видове могат периодично да се превръщат един в друг и притежават ненулева маса. Наблюденията на подобни превръщания са установили, че масата на тези частици е изключително малка – тя не може да превишава 1,5-2 електронволта.

Днес физиците се опитват с точност да определят тази маса, използвайки детектора KamLAND, построен в Япония през 2002 година и обновен през 2011 година. Това устройство, представляващо гигантски балон, е пълно с течност на базата на ксенон-136 – рядък изотоп на този благороден газ, чийто период на полуразпад няколко трилиона пъти превишава възрастта на Вселената.

Ксенон-136, както обяснява Фалковски, обикновено се превръща в барий-136, отделяйки два електрона и две електронни антинеутрино в резултат на двоен бета-разпад. След откриването на феномена неутринни осцилации някои учени започнали да смятат, че ксенон-136 може в изключително редки случаи да се разпада по друг начин, без да отделя неутрино при превръщането в барий.

Ако такива разпади се случват, то неутриното ще принадлежи към така наречените фермиони на Майорана – особен тип елементарни частици, чието главно отличително свойство е,че те се явяват своя собствена античастица. Подобна природа на неутриното ще означава, че те ще се самоунищожават при сблъсъци помежду си, а също и налага ограничения на тяхната маса „отдолу“ и „отгоре“, което трябва да облекчи определянето на тяхната маса на покой.

Напълно е възможно това да не е така в действителност – наблюдавайки събитията в KamLAND през последните четири години, физиците не са фиксирали характерна „гърбица“ в честотата на раждане на електрони с енергия 2,5 мегаелектронволта, които трябвало да се появят при такива разпади.

Според Фалковски това говори едновременно за няколко неща – че масата на неутриното е значително по-малка, отколкото се смятало преди, а също и че безнеутринните разпади, ако те съществуват, протичат още по-рядко от „нормалните“ разпади на Xe-136.

Освен това не е изключена възможността, че електронните неутрино ще бъдат най-тежките, а тау-неутриното – най-леките: това е обратна картина на това, как се съотнасят масите не техните по-осезаеми „братовчеди“ – електрона, мюона и таона.

Окончателна проверка на Майорановата същност на неутриното е невъзможна засега, отбелязва ученият – детекторът KamLAND не е толкова чувствителен, че да надникне в тази зона на масата, която е очертана в хода на текущото изследване.

Планова замяна на „балона“, в който сега плува ксенон-136, се очаква в близките години и тя ще позволи да се достигнат необходимите показатели и да се провери действително ли неутриното се явяват античастици за самите себе си.