KATRIN-experimentet utesluter bevis för sterila neutriner

Fysiker från KATRIN-samarbetet har rapporterat inga bevis för sterila neutriner i en precis analys av tritumförfallningsdata. Resultaten, publicerade i Nature, motsäger tidigare experimentella påståenden och stärker fallet mot en fjärde neutrintyp. Experimentet, baserat i Tyskland, fortsätter samla mer data för ytterligare tester.

Neutriner, bland de mest abundanta partiklarna i universum, är ökända för att vara svåra att detektera. Standardmodellen för partikelfysik erkänner tre typer, men anomalier i experiment har länge antytt möjligheten av en fjärde, kallad steril neutrin, som interagerar ännu svagare och potentiellt skulle vända upp och ner på vår förståelse av grundläggande fysik.

Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN)-experimentet, beläget vid Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland, är utformat för att mäta neutrinomassa genom att undersöka energierna hos elektroner från tritum beta-sönderfall. Det sträcker sig över 70 meter och har en tritumkälla, högupplöst spektrometer och detektor. I drift sedan 2019 har KATRIN nu genomfört den mest känsliga direkta sökningen efter sterila neutriner hittills.

Genom att analysera data från 259 dagar mellan 2019 och 2021, som inkluderade cirka 36 miljoner elektroner, fann teamet inga distortioner i elektronenergispektrumet som skulle indikera en steril neutrin. Detta resultat utesluter ett brett spektrum av sterila neutrinmöjligheter som antytts av tidigare reaktor- och galliumexperiment, och motsäger direkt påståenden från Neutrino-4-experimentet.

"Vårt nya resultat är fullt komplementärt till reaktorexperiment som STEREO", sade Thierry Lasserre vid Max-Planck-Institut für Kernphysik, som ledde analysen. "Medan reaktorexperiment är mest känsliga för sterila-aktiva masspåklyftningar under några eV² undersöker KATRIN området från några till flera hundra eV². Tillsammans utesluter de två metoderna nu konsekvent lätta sterila neutriner som skulle blanda sig märkbart med de kända neutrintyperna."

KATRIN:s låga bakgrund ger rena mätningar vid neutrinoproduktionspunkten, till skillnad från oscilltionsstudier som spårar förändringar över avstånd. Samarbetet planerar att samla data fram till 2025, med målet att nå över 220 miljoner elektroner för att öka precisionen med en faktor sex, enligt medporttalare Kathrin Valerius vid KIT.

En uppgradering 2026 kommer att införa TRISTAN-detektorn för att undersöka tyngre sterila neutriner, möjligen i keV-området kopplat till mörk materia. "Denna nästa generationsuppsättning kommer att öppna ett nytt fönster till keV-massområdet, där sterila neutriner till och med kan utgöra universums mörka materia", noterade medporttalare Susanne Mertens vid Max-Planck-Institut für Kernphysik.

Med över 20 institutioner från sju länder exemplifierar KATRIN internationellt vetenskapligt samarbete inom partikelfysik.

Relaterade artiklar

The Jiangmen Underground Neutrino Observatory in China has published its initial physics results, delivering highly precise data on neutrino oscillation parameters after just 59 days of operation.

Rapporterad av AI

Physicists at the University of Massachusetts Amherst propose that a record-breaking neutrino detected in 2023 originated from the explosion of a primordial black hole carrying a 'dark charge.' The particle's energy, 100,000 times greater than that produced by the Large Hadron Collider, puzzled scientists since only the KM3NeT experiment recorded it. Their model, published in Physical Review Letters, could also hint at the nature of dark matter.

A philosopher has argued that the Standard Model of particle physics may need a philosophical overhaul because of the unusual behavior of neutrinos.

Rapporterad av AI

Undergraduate students at the University of Hamburg have constructed a simple cavity detector to search for axions, hypothetical particles that may constitute dark matter. Despite limited resources, their experiment set new limits on axion properties, as detailed in a recent study. The project demonstrates that small-scale efforts can contribute to major physics challenges.

Denna webbplats använder cookies

Vi använder cookies för analys för att förbättra vår webbplats. Läs vår integritetspolicy för mer information.
Avböj