Международная группа учёных завершила серию экспериментов в рамках проекта ECHo (Electron Capture in Ho-163 Experiment), чтобы уточнить верхний предел массы нейтрино.

Нейтрино — элементарные частицы с крайне малой массой и отсутствующим электрическим зарядом. Их слабое взаимодействие с материей делает измерение массы сложной задачей. Определение массы нейтрино может открыть путь к новым теоретическим моделям за пределами стандартной модели физики частиц и углубить понимание эволюции Вселенной.

В рамках эксперимента ECHo учёные использовали изотоп гольмий-163, который при радиоактивном распаде захватывает электрон, образуя нейтрон и нейтрино. Масса нейтрино вызывает небольшие изменения в распределении энергии, которые фиксируются с помощью высокочувствительных детекторов.

Для измерений использовались металлические магнитные калориметры, разработанные в Институте физики Кирхгофа при Гейдельбергском университете. Эти детекторы размером около 200 микрометров работают при температуре 20 милликельвинов, что позволяет регистрировать минимальные колебания энергии.

Детекторный модуль для экспериментов ECHo, разработанный и созданный в Институте физики имени Кирхгофа. Детекторный чип расположен посередине, четыре окружающих чипа содержат сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства. Фото: ECHo Collaboration

В ходе последнего эксперимента было зафиксировано около 200 миллионов распадов гольмия-163. Это позволило снизить верхний предел массы нейтрино на порядок по сравнению с предыдущими измерениями ECHo и вдвое по сравнению с результатами проекта HOLMES, который также использует гольмий-163.

Руководитель проекта, профессор Лоредана Гастальдо (Loredana Gastaldo), отметила, что результаты подтверждают возможность проведения более масштабных экспериментов. В рамках нового проекта ECHo-LE (Large Experiment) планируется увеличить количество детекторов с 100 до 20 000. Для реализации этой инициативы получен грант Европейского исследовательского совета (ERC).

Эксперимент ECHo дополняет результаты проекта KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment), который ранее установил минимальный верхний предел массы нейтрино. Однако KATRIN приближается к пределу своей чувствительности, тогда как ECHo предлагает новые перспективы для дальнейших исследований.

Определение точной массы нейтрино остаётся одной из ключевых задач современной физики.