Nevtrini lažji, kot smo menili

V Karlsruheju, kjer teče eksperiment KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino), so dobili prve uporabne rezultate. Ti so poskrbeli za najnatančnejše meritve mase nevtrinov, ki so dosedanjo zgornjo mejo razpolovile. Nevtrini po trenutnih informacijah tehtajo največ 1,1 eV. Za primerjavo: elektroni tehtajo 0,51 MeV, protoni pa 938 MeV. Nevtrini so tako lahko, da so svoj čas predpostavljali, da sploh nimajo mase.

Nevtrini so nevtralni delci, ki so tudi bistveno lažji od katerihkoli drugih osnovnih delcev, zato jih je izjemno težko zaznati. Skozi snov potujejo praktično brez težav, kar pomeni, da je verjetnost za interakcijo s čimerkoli skrajno nizka. Skozi Zemljo in tudi naša telesa dnevno potujejo milijarde in milijarde nevtrinov, ne da bi se nas kakorkoli dotaknili. A hkrati so nevtrini eni izmed najpogostejših delcev v vesolju, zato je njihovo poznanje pomembno.

Rezultati, ki jih sedaj objavlja kolaboracija KATRIN, so nastali v meritvah letošnjega aprila in maja. Detektor meri razpad radioaktivnega izotopa vodika tritija. Pri razpadu nevtrona v jedru nastanejo proton, elektron in elektronski antinevtrino. Ker je razpadna energije tritija nizka (18.650 eV), je to pripraven način za merjenje mase nevtrinov. Detektor sicer ne more neposredno meriti mase nevtrinov, zato meri energijo elektronov, ki nastanejo. Iz tega je moč statistično izračunati, kakšno maso imajo verjetno nevtrini.

Že prvi rezultati, ki jih je pridobil KATRIN, so pomembno izboljšali poznavanje mase nevtrinov. Pričakujejo, da bodo v prihodnosti lahko zelo natančno določili njihovo maso, ki je sodeč po nekaterih kozmoloških opazovanjih pod 0,1 eV. Spodnja meja je 0,02 eV.

Nevtrine je prvi predpostavil Wolfgang Pauli leta 1930, ko se enačbe o ohranitvi energije in gibalne količine pri beta razpadu niso izšle. Pravilno je sklepal, da verjetno ne gre za kršitev naravnih zakonov, temveč za nastanek tedaj nepoznanih in neopaženih delcev. Enrico Fermi je potem nevtrinov dal današnje ime. Odkrili so jih leta 1956, še deset let pozneje pa so jih odkrili v Sončevem vetru. Sprva se je zdelo, da jih je bistveno premalo, a so kasneje uganko rešili. Ne obstajajo le elektronski nevtrini, temveč tudi muonski (odkriti leta 1962) in tauonski (leta 2000). Naslednje veliko odkritje je prišlo leta 2002, ko so odkrili, da lahko nevtrini spreminjajo vrsto. To pa pomeni tudi, da ne morejo biti brezmasni, ker za brezmasne delce čas ne teče in so nespremenljivi. Toda masa nevtrinov je tako majhna, da jo je zelo težko izmeriti.