Вважалося, що це неможливо: фізики з'ясували розмір загадкової частинки нейтрино

Фізик уперше напряму виміряли розмір фундаментальної частинки нейтрино, яка є другою за поширеністю у Всесвіті після частинки світла фотона. Нейтрино є загадковою частинкою, про властивості якої ще багато невідомо. Зокрема це стосується і точного розміру. Тепер же автори дослідження, опублікованого в журналі Nature, змогли звузити діапазон розмірів нейтрино, що наближає нас до отримання точної відповіді про істинний розмір фундаментальної частинки. Фізики з'ясували, що нейтрино точно більше, ніж ядро атома, але потенційно ці частинки можуть бути в трильйони разів більшими, пише New Scientist.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Нейтрино — це елементарні частинки, які наповнюють увесь Всесвіт. Вони не мають заряду і їхня маса надзвичайно маленька. Нейтрино бувають трьох видів: електронне, мюонне і тау-нейтрино. У результаті нейтринних осциляцій ці частинки змінюють свій вигляд.

Одна з проблем, пов'язаних із визначенням розміру нейтрино, полягає в тому, що, згідно з квантовою механікою, елементарні частинки не є сферичними об'єктами, а є розмитими хвилями, які рухаються і вібрують під час проходження через простір.

Фізики можуть визначити межу розміру частинки за допомогою її хвильового пакета, тобто області, усередині якої хвиля сильно вібрує, і за якою вона різко загасає. Вимірювання хвильового пакета нейтрино є дуже складним заняттям, адже ця елементарна частинка дуже рідко взаємодіє зі звичайною матерією.

Досі фізики визначали розмір хвильового пакета нейтрино лише опосередковано. Найменша оцінка показала, що частинка має розмір ядра атома, а найбільша оцінка показала, що вона має розмір приблизно 2 метри, тобто в 10 трильйонів разів більше.

Тепер же фізики провели перше пряме вимірювання хвильового пакета нейтрино і виявили, що розмір частинки точно набагато більший за розмір ядра атома. Хоча все ще ці частинки можуть бути більшими в трильйони разів.

Для того, щоб обмежити нижню межу розміру нейтрино фізики використовували радіоактивний берилій, коли він розпадався на літій, під час процесу, відомого як електронне захоплення. Коли відбувається електронне захоплення, електрон в атомі берилію з'єднується з протоном у його ядрі, і створює нейтрон. У результаті атом берилію перетворюється на літій, і цей процес створює поштовх енергії, який запускає атом у певному напрямку і створює нейтрино, що запускається в протилежному напрямку.

Фізики використали прискорювач частинок, помістили берилій всередину дуже чутливих надпровідних детекторів, і змогли надзвичайно точно виміряти атоми літію та зробити висновок про властивості нейтрино. Учені з'ясували, що нейтрино має найменшу межу розміру на рівні 6,2 пікометра, що в сотні разів більше за розмір ядра атома. Деякі вчені раніше вважали, що провести настільки точний прямий вимір нейтрино неможливо.

Вимірювання розміру хвильового пакета нейтрино важливе для створення майбутніх нейтринних детекторів, які зможуть точно визначити, як часто відбуваються нейтринні осциляції. Тобто як часто нейтрино переходить з одного виду в інший. Нейтринні осциляції є ключем до з'ясування того, чому у Всесвіті більше матерії, ніж антиматерії, але їх можна точно виміряти тільки в тому разі, якщо нейтрино більше за певний розмір. Якщо розмір занадто малий, то три різні види нейтрино, кожен з яких має різну масу, виходитимуть за краї хвильового пакета нейтрино і зіпсують вимірювання.

Фокус уже писав про те, що за допомогою підводного нейтринного детектора фізики вперше виявили найбільш високоенергетичне нейтрино. Ця частинка виникла точно за межами нашої галактики.

Також Фокус писав про те, що в лютому можна буде побачити дивне трикутне явище в небі, яке називається зодіакальним світлом.