Η διεθνής συνεργασία HOLMES πέτυχε το πιο αυστηρό άνω όριο που έχει καταγραφεί ποτέ για τη μάζα του ηλεκτρονικού νετρίνου, χρησιμοποιώντας τη θερμιδομετρική μέθοδο.
Το νέο όριο, κάτω από 27 eV/c² με αξιοπιστία 90%, δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters και επιβεβαιώνει μια επιστημονική ιδέα που διαμορφώθηκε πριν από τέσσερις δεκαετίες. Το επίτευγμα αυτό ανοίγει τον δρόμο για την επόμενη γενιά πειραμάτων νετρίνου υψηλής ακρίβειας, τα οποία θα μπορούσαν να αποκαλύψουν νέα φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Η λειτουργία του πειράματος HOLMES
Το θερμιδομετρικό πείραμα HOLMES χρησιμοποιεί μικροκαλορίμετρα TES (transition-edge sensors), τα οποία λειτουργούν στους 95 mK και μετρούν την ενέργεια που απελευθερώνεται από τη διάσπαση σύλληψης ηλεκτρονίου του χολμίου-163 (¹⁶³Ho). Όταν συμβαίνει η διάσπαση, η ενέργεια – εκτός από εκείνη που μεταφέρει το νετρίνο – απορροφάται από ένα λεπτό στρώμα χρυσού. Οι ανεπαίσθητες μεταβολές θερμοκρασίας μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα μέσω του υπεραγώγιμου αισθητήρα.
Όπως εξηγεί ο επικεφαλής της συνεργασίας, Άντζελο Νουτσκιότι από το Πανεπιστήμιο του Μιλάνο-Μπικόκα, «η αρχή είναι απλή: η ενέργεια της διάσπασης θερμαίνει το απορροφητικό στρώμα και ο υπεραγώγιμος αισθητήρας την καταγράφει με εξαιρετική ακρίβεια». Η υπογραφή της μάζας του νετρίνου εντοπίζεται ως μια μικρή μείωση στην ανώτατη ενέργεια του φάσματος διάσπασης.
Ακρίβεια και τεχνολογική καινοτομία
Κάθε μικροκαλορίμετρο πέτυχε ενεργειακή ανάλυση 6 eV, αρκετά λεπτομερή ώστε να διακρίνει τις μικρές διαφορές στο φάσμα διάσπασης κοντά στο ενεργειακό όριο. Η επιτυχία του πειράματος στηρίχθηκε στο μικροκυματικό σύστημα πολυπλεξίας, το οποίο επιτρέπει την ταυτόχρονη ανάγνωση δεκάδων αισθητήρων σε διαφορετικές συχνότητες, βελτιώνοντας την ευαισθησία χωρίς να αυξάνεται ο θόρυβος.
Η παραγωγή του χολμίου-163 αποτέλεσε επίσης κρίσιμη πρόκληση, καθώς το ισότοπο δεν υπάρχει στη φύση και πρέπει να παραχθεί σε πυρηνικό αντιδραστήρα, απομονώνοντας προσεκτικά το υλικό από ραδιενεργές προσμείξεις.
Το νέο όριο και οι προοπτικές
Καταγράφοντας 70 εκατομμύρια γεγονότα διάσπασης, η ομάδα του HOLMES καθόρισε ότι η μάζα του ηλεκτρονικού νετρίνου είναι μικρότερη από 27 eV/c². Το αποτέλεσμα θεωρείται ορόσημο για τη φυσική των νετρίνων, καθώς αποδεικνύει ότι η θερμιδομετρική μέθοδος με χόλμιο-163 είναι επεκτάσιμη και κατάλληλη για μελλοντικά πειράματα μεγάλης κλίμακας.
Η επόμενη φάση του πειράματος στοχεύει σε ευαισθησία υπο-eV, που θα επιτρέψει τη σύγκριση με τα αποτελέσματα του KATRIN και θα ελέγξει με πρωτοφανή ακρίβεια τη συμμετρία CPT, ανοίγοντας τον δρόμο σε φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Περισσότερες πληροφορίες: B. K. Alpert et al, Ο πιο αυστηρός δεσμός σε μάζα νετρίνων ηλεκτρονίων που λαμβάνεται με μια κλιμακούμενη διάταξη μικροθερμιδομετρικών μετρήσεων χαμηλής θερμοκρασίας, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/s9vl-7n24
Πληροφορίες περιοδικού: Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης