Μια διεθνής ερευνητική κοινότητα, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης, πέτυχε ένα σημαντικό ορόσημο στον προσδιορισμό της μάζας των νετρίνων – των αποκαλούμενων «σωματιδίων-φαντασμάτων». Μέσω του πειράματος ECHo (Electron Capture in Ho-163), οι επιστήμονες κατάφεραν να μειώσουν το ανώτατο όριο της κλίμακας μάζας του νετρίνου κατά μία τάξη μεγέθους, προσφέροντας νέα δεδομένα που ξεπερνούν προηγούμενες μετρήσεις.
Το κυνήγι της μάζας του νετρίνου
Τα νετρίνα είναι στοιχειώδη σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο και με εξαιρετικά χαμηλή μάζα. Επειδή αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη, η μελέτη τους είναι δυσχερής. Ο ακριβής προσδιορισμός της μάζας τους θεωρείται «ιερό δισκοπότηρο» για τη φυσική, καθώς θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για νέα θεωρητικά μοντέλα πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) και να βοηθήσει στην κατανόηση της εξέλιξης του σύμπαντος.
Η διαδικασία της ηλεκτρονικής αιχμαλωσίας
Το πείραμα ECHo βασίζεται στη μελέτη του ραδιενεργού ισοτόπου Ολμίου-163 (Ho-163). Κατά τη διαδικασία της διάσπασής του, ένας πρωτόνιο στον πυρήνα αιχμαλωτίζει ένα ηλεκτρόνιο, παράγοντας ένα νετρόνιο και ένα νετρίνο.
Η μάζα του εκπεμπόμενου νετρίνου προκαλεί μια ανεπαίσθητη αλλαγή στην κατανομή ενέργειας των ατομικών διεγέρσεων. Οι ερευνητές αναλύουν αυτό το ενεργειακό φάσμα για να εξάγουν συμπεράσματα για τη μάζα του σωματιδίου. Το Όλμιο-163 είναι ιδανικό για αυτή τη μέτρηση, καθώς η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπασή του είναι πολύ μικρή, καθιστώντας τις διακυμάνσεις πιο εύκολα ανιχνεύσιμες.
Μαγνητικά θερμιδόμετρα σε ακραίο ψύχος
Για την επίτευξη αυτής της ακρίβειας, χρησιμοποιήθηκαν Μεταλλικά Μαγνητικά Θερμιδόμετρα (MMCs). Αυτοί οι ανιχνευτές, μεγέθους μόλις 200 μικρομέτρων, λειτουργούν σε ακραία χαμηλές θερμοκρασίες 20 millikelvin (πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν). Σε αυτές τις συνθήκες, ακόμη και η ελάχιστη διαφορά ενέργειας καταγράφεται ως θερμοκρασιακή διακύμανση.
Σημαντικά αποτελέσματα και μελλοντικά σχέδια
Στην τελευταία φάση του πειράματος παρατηρήθηκαν περίπου 200 εκατομμύρια διασπάσεις Ολμίου-163. Τα αποτελέσματα αυτά:
- Μείωσαν το ανώτατο όριο μάζας κατά 10 φορές σε σχέση με προηγούμενες μετρήσεις του ECHo.
- Παρουσίασαν διπλάσια ευαισθησία σε σύγκριση με το ανταγωνιστικό πείραμα HOLMES.
Η επικεφαλής του πειράματος, Καθηγήτρια Loredana Gastaldo, σχεδιάζει ήδη το επόμενο βήμα: το έργο ECHo-LE, το οποίο θα αυξήσει τον αριθμό των ανιχνευτών από 100 σε 20.000, στοχεύοντας στον οριστικό και ακριβή προσδιορισμό της μάζας των νετρίνων μέσα στα επόμενα χρόνια.