Fisikawan dari kolaborasi KATRIN melaporkan tidak ada bukti neutrino steril dalam analisis presisi data peluruhan tritium. Temuan, yang diterbitkan di Nature, bertentangan dengan klaim eksperimental sebelumnya dan memperkuat kasus melawan jenis neutrino keempat. Eksperimen yang berbasis di Jerman ini terus mengumpulkan data lebih lanjut untuk pengujian lebih lanjut.
Neutrino, di antara partikel paling melimpah di alam semesta, terkenal sulit dideteksi. Model Standar fisika partikel mengakui tiga jenis, tetapi anomali dalam eksperimen telah lama menunjukkan kemungkinan jenis keempat, yang disebut neutrino steril, yang berinteraksi lebih lemah lagi dan berpotensi mengguncang pemahaman kita tentang fisika fundamental.
Eksperimen Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN), yang terletak di Karlsruhe Institute of Technology di Jerman, dirancang untuk mengukur massa neutrino dengan memeriksa energi elektron dari peluruhan beta tritium. Membentang lebih dari 70 meter, ia menampilkan sumber tritium, spektrometer resolusi tinggi, dan detektor. Beroperasi sejak 2019, KATRIN kini telah melakukan pencarian langsung paling sensitif untuk neutrino steril hingga saat ini.
Menganalisis data dari 259 hari antara 2019 dan 2021, yang mencakup sekitar 36 juta elektron, tim tidak menemukan distorsi dalam spektrum energi elektron yang menunjukkan neutrino steril. Hasil ini mengecualikan berbagai kemungkinan neutrino steril yang diisyaratkan oleh eksperimen reaktor dan galium sebelumnya, dan secara langsung menentang klaim dari eksperimen Neutrino-4.
"Hasil baru kami sepenuhnya melengkapi eksperimen reaktor seperti STEREO," kata Thierry Lasserre dari Max-Planck-Institut für Kernphysik, yang memimpin analisis. "Sementara eksperimen reaktor paling sensitif terhadap pemisahan massa steril-aktif di bawah beberapa eV², KATRIN mengeksplorasi rentang dari beberapa hingga ratusan eV². Bersama-sama, kedua pendekatan sekarang secara konsisten menyingkirkan neutrino steril ringan yang akan bercampur secara nyata dengan jenis neutrino yang dikenal."
Latar belakang rendah KATRIN memastikan pengukuran bersih pada titik penciptaan neutrino, berbeda dari studi osilasi yang melacak perubahan jarak jauh. Kolaborasi berencana mengumpulkan data hingga 2025, menargetkan lebih dari 220 juta elektron untuk meningkatkan presisi enam kali lipat, menurut juru bicara bersama Kathrin Valerius dari KIT.
Peningkatan pada 2026 akan memperkenalkan detektor TRISTAN untuk menyelidiki neutrino steril yang lebih berat, mungkin pada rentang keV terkait materi gelap. "Pengaturan generasi berikutnya ini akan membuka jendela baru ke rentang massa keV, di mana neutrino steril mungkin bahkan membentuk materi gelap alam semesta," catat juru bicara bersama Susanne Mertens dari Max-Planck-Institut für Kernphysik.
Melibatkan lebih dari 20 institusi dari tujuh negara, KATRIN merupakan contoh kerjasama ilmiah internasional dalam fisika partikel.
