Katrin突破扩大了对难以捉摸的中性粒颗粒的理解

Karlsruhe技术研究院Katrin实验设施的布局和主要特征。

一支国际科学家队宣布突破其探索衡量中微子的质量，是我们宇宙中最丰富，难以难以捉摸的粒子之一。

在日本富山的星座和地下物理会议上的2019年主题，来自Katrin实验的领导者于2019年9月13日报告，中微子的静物质的估计范围不大于约1个电子伏特或EV。通过卡尔斯鲁赫氚中Nevirmino实验 - 或Katrin，通过将中微子质量的上限降低到约1eV，通过karlsruhe氚的实验 - 或Katrin将质量范围切割了一半以上的大约一半以上。中核质量的下限0.02eV，由其他组的先前实验设定。

“了解中微子的质量将使科学家们在宇宙学中回答基本问题，天体物理学和粒子物理学，例如如何发展或超出标准模型的物理学，”哈米什罗伯森，卡特琳科学家和物理学教授在华盛顿大学。“这些发现通过Katrin合作将中微子的先前质量范围减少了两倍，将更严格的标准放置在中微子的质量实际上是什么，并提供一定程度的路径，以便明确测量其值。”

Katrin实验位于德国Karlsruhe技术研究所，涉及全球20个研究机构的研究人员。除了华盛顿大学外，美国的Katrin成员机构是：

北卡罗来纳大学在教堂山，由物理学和天文学教授John Wilkerson，这是一位前UW教师的Massachusetts理工学院，由物理学教授Joseph Formaggiothe Lawrence Berkeley国家实验室领导，由核科学分部副主任Alan Pooncarnegie领导Mellon University由物理戴安娜帕诺凯酶西部储备大学助理助理教授，由副教授Benjamin Monreal主导

华盛顿大学罗伯逊和威尔克斯逊下，于2001年成为卡特林的成立成员机构之一。Wilkerson后来搬到了教堂山的北卡罗来纳大学。Formaggio和Parno开始参与Katrin作为UW研究人员，后来搬到了当前的机构。除罗伯逊外，目前关于Katrin实验的其他现行UW科学家是物理学彼得Doe的研究教授Sanshiro Enomoto和Menglei Sun的研究副教授，是UW实验核物理学和天体物理学的博士研究员。

中微子是丰富的。它们是我们宇宙中最常见的基本粒子之一，仅次于光子。然而中微子也难以捉摸。它们是没有充电的中性颗粒，并且它们只通过恰当地命名为“弱相互作用”，这意味着检测中微子和测量其质量的机会既罕见又困难。

“如果你填充到冥王星轨道之外的80次太阳系，太阳发出的大约一半的中微子仍将离开太阳系而不与那条铅互动，”罗伯逊说。

中微子也是神秘的颗粒，已经震动了物理学，宇宙学和天体物理学。颗粒物理学的标准模型曾经预测，中微子应该没有质量。但到2001年，科学家们用两个探测器，超级Kamiokande和Sudbury Neverrino天文台表现出来，他们实际上有一个非零群众 - 2015年通过诺贝尔物理奖得到了突破。中微子有大量，但多少？

“解决中微子的质量会引导我们成为一个创造新标准模型的勇敢的新世界，”Doe说。

Katrin发现源于直接，高精度测量的罕见类型的电子 - 中微子对股票能量。这种方法与20世纪90年代和2000年代初的中微子批量实验相同，德国和俄罗斯罗斯克，俄罗斯均为俄罗斯州，其中两位EV将群众的上限设定为群体。Katrin实验的核心是产生电子 - 中微子对的源：气态氚，氢的极放射性同位素。随着氚核经历放射性衰减，它发出一对颗粒：一个电子和一个中子，两者都分享18,560个能量。

Katrin科学家不能直接测量中微子，但它们可以测量电子，并尝试基于电子性质计算中微子性质。

在2010年的图像中，在Karlsruhe技术研究所安装后，Katrin实验的成员在光谱仪前面姿势。

由氚发射的大多数电子中微子对同样地共用它们的能量负荷。但在极少数情况下，电子需要几乎所有能量 - 只留下少量的中微子。那些罕见的对是卡特兰科学家在后来的作用，因为 - 感谢e = MC2 - 科学家知道中微子留下的微量能量必须包括其休息质量。如果Katrin可以准确测量电子的能量，它们可以计算中微子的能量，从而计算其质量。

氚源每秒产生约250亿的电子中微子对，其中一部分是对电器几乎所有腐烂能量的成对的。Karlsruhe中的Katrin设施使用复杂的一系列磁铁来将电子远离氚源和静电光谱仪引导，从精度高精度测量电子的能量。光谱仪内的电势会产生“能量梯度”，即电子必须“爬升”以便通过光谱仪进行检测。调整电势允许科学家研究稀有的高能量电子，携带有关中微子质量的信息。

美国机构对卡特兰作出了广泛的贡献，包括提供电子探测器系统 - 卡特琳的“眼睛” - 这将研究光谱仪的心脏，这是一个在UW上建造的乐器。北卡罗来纳大学在教堂山领导了探测器的数据采集系统的发展，是卡特琳的“大脑”。麻省理工学院的贡献是用于模拟Katrin响应的仿真软件的设计和开发。劳伦斯伯克利国家实验室为创建物理分析计划做出了贡献，并提供了对国家计算设施的访问，并通过始致的符合UW的应用程序套件来实现快速分析。案例西方储备大学负责电子枪设计，校准卡特琳仪的中心。卡内基梅隆大学主要贡献，主要关注背景和拟合，并协助实验分析协调。

现在正在进行氚数据采集，美国机构专注于分析这些数据，以进一步提高我们对中微子质量的理解。这些努力也可能揭示了无菌中微子的存在，这是一个可能的候选人，即暗物质，虽然占宇宙中的事物的85％，但仍未被审查。

“卡特琳不仅是基础研究的闪亮灯塔，也是一个突出的可靠的高科技仪器，也是国际合作的运动，为年轻研究人员提供了一流的培训，”卡尔斯鲁厄研究所的卡特林共同发言人德雷克林声明中默克斯特大学的技术与基督教Weinheimer。

现在，卡特琳科学家为中微子质量设定了新的上限，项目科学家正在努力进一步缩小范围。

“Neutrinos是奇怪的小颗粒，”Doe说。“他们如此无处不在，一旦我们确定这个价值，我们就可以学到了很多东西。”

美国能源部核物理部门为美国提供了自2007年以来的参与Katrin实验。

有关这一主题的更多信息，请阅读MIT剃须的物理学家的中微子质量的估计。