Neutrína patria k časticiam, ktorých objav a skúmanie mali mimoriadny vplyv na vývoj nášho poznania štruktúry hmoty a fundamentálnych zákonitostí sveta.
V decembri 2002 vznikla myšlienka medzinárodného experimentu KATRIN, čo je akronym spojenia KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment. Hlavným cieľom experimentu je zmerať hmotnosť elektrónového antineutrína zo spektra elektrónov vyletujúcich pri rozpade trícia. Domovom experimentu sa stal Technologický inštitút Karlsruhe (KIT). Spektrometer KATRIN má hmotnosť 200 ton, priemer 10 metrov, dĺžku 24 metrov, pričom celý experimentálny systém je dlhý 70 metrov. V súčasnosti je to svetovo najpresnejšia váha, ktorá v nasledujúcich rokoch umožní preskúmať hmotnosť týchto fascinujúcich častíc s bezpríkladnou presnosťou. Na experimente sa podieľa 150 vedcov z 20 vedeckých inštitúcií zo šiestich krajín, medzi inými aj z Česka.
Malé, ale významné
S výnimkou fotónov, najmenších čiastočiek svetla, sú neutrína najrozšírenejšie elementárne častice vo vesmíre. Pozorovanie neutrínových oscilácií pred dvadsiatimi rokmi aj napriek očakávaniam ukázalo, že neutrína majú nenulovú hmotnosť. Tieto najľahšie častice však významne ovplyvnili štruktúru vesmíru v ranom štádiu jeho vývoja a sú aj dôležité v časticovej fyzike, kde ich nepatrná hmotnosť ukazuje na fyziku nad rámec známych teórií. Minulý rok na jar 150-členný tím prvý raz položil neutrína na ultrapresné váhy KATRIN. V zdrojovom kryostate (chladiace zariadenie) cirkulovalo niekoľko týždňov plynné trícium. Energetické spektrá elektrónov, ktoré vznikli po rozpade trícia, sa potom analyzovali špeciálnym elektrostatickým spektrometrom. Následne zmerané spektrá analyzovali tri medzinárodné tímy, aby získali prvé údaje o hmotnosti neutrína. Neutrína majú nepatrnú hmotnosť, ale doteraz ju nepoznáme. Už prvý výsledok experimentu KATRIN jej možný rozsah výrazne zúžil. Podrobná analýza prvého štvortýždňového merania ohraničila veľkosť tejto fundamentálnej veličiny pod jeden elektrónvolt (eV). Táto hodnota je zhruba polovičná v porovnaní s doterajšou hornou hranicou, ktorú dosiahli predchodcovia po mnohoročných meraniach.
Zaslepenie údajov
Naše tri medzinárodné analytické tímy úmyselne pracovali nezávisle od seba, aby konečný výsledok nezávisel od spôsobu analýzy. Predovšetkým sme zaručili, aby nijaký tím nemohol odvodiť svoj výsledok hmotnosti neutrína skôr, než dokončí posledný analyzačný krok, uviedol hlavný koordinátor Thierry Lasserre z univerzity v Paríži-Saclay a Technickej univerzity v Mníchove. Ako je pri súčasných presných experimentoch bežné, aj pri tomto časť informácie potrebnej na úplnú analýzu spektier zostala skrytá. Tento spôsob označujú vedci ako zaslepenie. V júli 2019 sa trojica tímov zišla na týždennom pracovnom zasadnutí v KIT. Neskoro večer 18. júla boli uvoľnené posledné vstupné údaje potrebné na úplnú analýzu nameraných údajov. Počas noci prebehla nová analýza, tentoraz však už s úplne odhaleným modelom predpovedí tvaru spektra pre rôzne hmotnosti neutrína. Na druhý deň všetky tri tímy dospeli k zhodnému výsledku, ktorý hmotnosť neutrína obmedzuje s 90 % pravdepodobnosťou na hodnotu menšiu ako jeden eV. To znamená, že pol milióna neutrín váži menej ako jeden elektrón, ktorý je druhou najľahšou elementárnou časticou.
BP, foto KIT
