KATRINコラボレーションの物理学者らは、トリチウム崩壊データの精密分析で無菌ニュートリノの証拠がないと報告した。Natureに掲載された結果は、以前の実験的主張に反し、第4のニュートリノ種に対する反対の根拠を強める。ドイツを拠点とする実験は、さらにテストのためのデータを収集し続けている。
ニュートリノは、宇宙で最も豊富な粒子の一つであり、検出が極めて困難であることで知られている。素粒子物理学の標準模型は3種類を認めているが、実験の異常は長年、第4の種類である無菌ニュートリノ（sterile neutrino）の存在を示唆しており、これは既知のものよりさらに弱く相互作用し、基本物理学の理解を覆す可能性がある。
ドイツのカールスルーエ工科大学にあるKarlsruhe Tritium Neutrino（KATRIN）実験は、トリチウムベータ崩壊由来の電子エネルギーを調べることでニュートリノ質量を測定するよう設計されている。70メートル以上にわたる装置には、トリチウム源、高分解能分光器、検出器が備わっている。2019年以来運用されており、現在までに最も感度の高い無菌ニュートリノの直接探索を実施した。
2019年から2021年の259日間のデータを分析し、約3,600万個の電子を含めた結果、電子エネルギースペクトルに無菌ニュートリノを示す歪みは見つからなかった。この結果は、以前の原子炉やガリウム実験が示唆した広範な無菌ニュートリノの可能性を排除し、Neutrino-4実験の主張に直接反する。
「我々の新しい結果は、STEREOなどの原子炉実験と完全に補完的です」と、分析を主導したMax-Planck-Institut für KernphysikのThierry Lasserre氏は述べた。「原子炉実験は数eV²以下の無菌-活性質量差に最も敏感ですが、KATRINは数eV²から数百eV²の範囲を探ります。両アプローチにより、既知のニュートリノ種と顕著に混合する軽い無菌ニュートリノが一貫して排除されました。」
KATRINの低バックグラウンドは、ニュートリノ生成点でのクリーンな測定を保証し、距離にわたる変化を追跡する振動研究とは異なる。コラボレーションは2025年までデータを収集し、2億2,000万電子以上を目指し、精度を6倍に向上させる計画で、KITの共同報道官Kathrin Valerius氏によるとのこと。
2026年のアップグレードでTRISTAN検出器を導入し、より重い無菌ニュートリノ、特に暗黒物質に関連するkeV範囲を探る。「この次世代セットアップはkeV質量範囲への新たな窓を開き、無菌ニュートリノが宇宙の暗黒物質を形成する可能性がある」と、Max-Planck-Institut für Kernphysikの共同報道官Susanne Mertens氏。
7カ国から20以上の機関が参加するKATRINは、素粒子物理学における国際的な科学的協力の好例である。
