Вперше в історії фізики дослідили, чи можливе існування стерильних нейтрино

Вчені експерименту KATRIN (Karl­sruhe Tri­tium Neu­tri­no) досягли найточнішого вимірювання, яке суттєво обмежує існування «стерильних» нейтрино — гіпотетичних частинок, що могли б пояснити темну матерію. Результати, опубліковані в Nature, не виявили жодних слідів цих частинок, спростувавши попередні аномалії реакторних експериментів.

Експеримент KATRIN. Зліва направо: задня стінка і електронна гармата, джерело газоподібного тритію без вікон, секція транспортування і насоса, попередній і основний спектрометри, а також детектор фокальної площини, в якому електронні частинки виявляються і підраховуються. Джерело: KATRIN

KATRIN, розташований в Інституті технологій Карлсруе, аналізує спектр електронів під час β‑розпаду тритію. За 259 днів між 2019 і 2021 роками команда зареєструвала 36 мільйонів електронів і досягла точності менш як 1%. Це дозволило виключити більшість параметрів, де могли б існувати стерильні нейтрино з масою до сотень електронвольт.

Нові дані KATRIN (чорний колір) в основному виключають припущення про існування стерильних нейтрино, висловлені раніше на основі аномалій у реакторах і галії. Джерело: KATRIN

Результати ставлять під сумнів сигнали експерименту Neutrino‑4 та інші реакторні аномалії. Як зазначив Тьєррі Лассерр з Інституту Макса Планка, KATRIN доповнює реакторні дослідження й разом із ними узгоджено виключає існування легких стерильних нейтрино.

До 2025 року планується накопичити понад 220 мільйонів електронів, а у 2026-му встановити новий детектор TRISTAN. Він дозволить досліджувати β‑розпад тритію з безпрецедентною точністю та шукати стерильні нейтрино у діапазоні мас до кількох кілоелектронвольтів — де вони могли б пояснити походження темної матерії.