เครื่องนับจำนวนอิเล็กตรอนที่มีขนาดใหญ่ได้หันมาตรวจวัดอนุภาคที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดในทางฟิสิกส์โดยทางอ้อมและเพิ่มหลักฐานสสารมืด
การวัดนั้นเป็นผลแรกจากความพยายามระดับนานาชาติในการวัดมวลของนิวตริโน - อนุภาคที่เติมจักรวาลของเราและกำหนดโครงสร้างของมัน แต่ที่เราแทบจะไม่สามารถตรวจพบได้เลย Neutrinos ตามการทดลองของ Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) ในเยอรมันมีมวลของอิเล็กตรอนไม่เกิน 0.0002% จำนวนนั้นต่ำมากแม้ว่าเราจะนับนิวตริโนทั้งหมดในจักรวาลพวกเขาก็ไม่สามารถอธิบายมวลที่หายไปได้ และความจริงนั้นเพิ่มกองหลักฐานสำหรับการดำรงอยู่ของสสารมืด
KATRIN นั้นเป็นเครื่องจักรที่มีขนาดใหญ่มากสำหรับการนับอิเลกตรอนพลังงานสูงที่ระเบิดออกมาจากตัวอย่างของไอโซโทปซึ่งเป็นไฮโดรเจนในรูปของกัมมันตภาพรังสี มีหนึ่งโปรตอนและสองนิวตรอนในแต่ละอะตอม ไอโซโทปนั้นไม่เสถียรและนิวตรอนของมันสลายตัวเป็นคู่อิเล็กตรอน - นิวตริโน KATRIN มองหาอิเล็กตรอนไม่ใช่นิวตริโนเนื่องจากนิวตริโนนั้นอ่อนเกินกว่าที่จะวัดได้อย่างแม่นยำ และเครื่องใช้ก๊าซไอโซโทปตาม Hamish Robertson นักวิทยาศาสตร์ KATRIN และศาสตราจารย์กิตติคุณที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันเพราะเป็นแหล่งเดียวของอิเล็กตรอน - นิวตริโนที่ง่ายพอที่จะวัดมวลได้ดี
นิวตริโนเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดอย่างแม่นยำมากขึ้นหรือน้อยลงเพราะมีมวลน้อยมากและมีแนวโน้มที่จะข้ามเครื่องตรวจจับโดยไม่ต้องโต้ตอบกับพวกมัน ดังนั้นเพื่อหามวลของนิวตริโน, โรเบิร์ตสันส์บอกกับ Live Science, KATRIN นับอิเล็กตรอนที่มีพลังมากที่สุดและทำงานย้อนกลับจากตัวเลขนั้นเพื่ออนุมานมวลของนิวตริโน ผลลัพธ์แรกจาก KATRIN ได้รับการประกาศและนักวิจัยได้ข้อสรุปก่อนหน้า: Neutrinos มีมวลไม่สูงกว่า 1.1 อิเล็กตรอนโวลต์ (eV)
โวลต์อิเล็กตรอนเป็นหน่วยของมวลและนักฟิสิกส์พลังงานที่ใช้เมื่อพูดถึงสิ่งที่เล็กที่สุดในจักรวาล (ในระดับของอนุภาคพื้นฐานพลังงานและมวลถูกวัดโดยใช้หน่วยเดียวกันและคู่นิวตรอน - อิเล็กตรอนจะต้องมีการรวมระดับพลังงานเทียบเท่ากับนิวตรอนต้นทางของพวกเขา) Higgs boson ซึ่งให้ยืมอนุภาคอื่น ๆ มวลของพวกเขามี มวล 125 พันล้าน EV โปรตอนซึ่งเป็นอนุภาคที่ใจกลางอะตอมมีมวลประมาณ 938 ล้าน eV อิเล็กตรอนเป็นเพียง 510,000 eV การทดลองนี้ยืนยันว่านิวตริโนมีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ
KATRIN เป็นเครื่องจักรที่มีขนาดใหญ่มาก แต่วิธีการนั้นตรงไปตรงมา Robertson กล่าว ห้องแรกของอุปกรณ์นั้นเต็มไปด้วยไอโซโทปของก๊าซซึ่งนิวตรอนสลายตัวไปเป็นอิเล็กตรอนและนิวตริโนตามธรรมชาติ นักฟิสิกส์ทราบอยู่แล้วว่าพลังงานมีส่วนเกี่ยวข้องมากแค่ไหนเมื่อนิวตรอนสลายตัว พลังงานบางส่วนถูกแปลงเป็นมวลของนิวตริโนและมวลของอิเล็กตรอน และที่เหลือก็จะถูกเทลงในอนุภาคที่สร้างขึ้นใหม่เหล่านั้นบอกให้รู้ว่าพวกมันไปได้เร็วแค่ไหน โดยปกติแล้วพลังงานพิเศษที่ได้รับการกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอิเล็กตรอนและนิวตริโน แต่บางครั้งพลังงานที่เหลืออยู่ส่วนใหญ่หรือทั้งหมดจะถูกทิ้งลงในอนุภาคหนึ่งหรืออีกก้อนหนึ่ง
ในกรณีดังกล่าวพลังงานทั้งหมดที่เหลืออยู่หลังจากที่นิวตริโนและอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นจะถูกเททิ้งไปยังคู่อิเล็กตรอนซึ่งก่อตัวเป็นอิเล็กตรอนพลังงานสูงเป็นพิเศษ นั่นหมายถึงมวลของนิวตริโนสามารถคำนวณได้: มันเป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของนิวตรอนลบด้วยมวลของอิเล็กตรอนและระดับพลังงานสูงสุดของอิเล็กตรอนในการทดลอง
นักฟิสิกส์ที่ออกแบบการทดลองไม่ได้พยายามวัดนิวตริโน ผู้ที่ได้รับอนุญาตให้หลบหนีจากเครื่องที่ไม่มีการแตะต้อง แต่การทดลองทำให้อิเล็กตรอนเข้าสู่ห้องสุญญากาศขนาดใหญ่ที่เรียกว่าสเปกโตรมิเตอร์ กระแสไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงซึ่งมีเพียงอิเล็กตรอนพลังงานสูงสุดเท่านั้นที่สามารถผ่านได้ ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของห้องนั้นเป็นอุปกรณ์ที่นับจำนวนอิเล็กตรอนที่จะผ่านเข้าไปในสนาม เมื่อ KATRIN เพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็กอย่างช้า ๆ โรเบิร์ตสันสันกล่าวว่าจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านการหดตัว - เกือบจะราวกับว่ามันกำลังจะจางหายไปตลอดทางจนเป็นศูนย์ แต่ในตอนท้ายของสเปกตรัมของระดับพลังงานอิเล็กตรอนนั้นมีบางอย่างเกิดขึ้น
"สเปกตรัมตายอย่างกะทันหันก่อนที่คุณจะไปถึงจุดสิ้นสุดเนื่องจากมวลของนิวตริโนไม่สามารถถูกขโมยโดยอิเล็กตรอนได้มันจะต้องถูกทิ้งไว้ข้างหลังสำหรับนิวตริโน" โรเบิร์ตสันสันกล่าว มวลของนิวตริโนจะต้องน้อยกว่าพลังงานจำนวนเล็กน้อยที่หายไปจากปลายสเปกตรัม และหลังจากผ่านไปหลายสัปดาห์ของการรันไทม์ผู้ทดลองลดจำนวนลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่งของจำนวนที่นักฟิสิกส์เคยรู้จักมาก่อน
ความคิดที่ว่านิวตริโนนั้นมีมวลมากเป็นการปฏิวัติ แบบจำลองมาตรฐานทฤษฎีฟิสิกส์แกนนำที่อธิบายโลกของอะตอมย่อยเมื่อนิวตริโนยืนยันว่าไม่มีมวลเลยโรเบิร์ตสันสันชี้ให้เห็น ย้อนหลังไปถึงทศวรรษที่ 1980 นักวิจัยชาวรัสเซียและชาวอเมริกันกำลังพยายามวัดมวลนิวตริโน แต่ผลลัพธ์ของพวกมันนั้นมีปัญหาและไม่แน่ชัด จนถึงจุดหนึ่งนักวิจัยชาวรัสเซียได้ตรึงมวลของนิวตริโนไว้ที่ 30 eV อย่างแม่นยำซึ่งเป็นจำนวนที่ดีที่จะเผยให้เห็นนิวตริโนว่าเป็นลิงก์ที่หายไปซึ่งจะอธิบายโครงสร้างแรงโน้มถ่วงอันยิ่งใหญ่ของจักรวาลเติมมวลที่หายไปทั้งหมด ที่กลายเป็นผิด
โรเบิร์ตสันและเพื่อนร่วมงานของเขาเริ่มทำงานกับไอโซโทปก๊าซหลังจากนั้นพวกเขาก็ตระหนักว่าสารกัมมันตภาพรังสีแผ่วเบานั้นให้แหล่งที่มาของการสลายตัวของนิวตรอนที่แม่นยำที่สุดทางวิทยาศาสตร์
“ นี่เป็นการค้นหาที่ยาวนาน” โรเบิร์ตสันสันกล่าว "การวัดรัสเซียที่ 30 eV นั้นน่าตื่นเต้นมากเพราะมันจะปิดเอกภพแรงโน้มถ่วงและมันก็ยังน่าตื่นเต้นสำหรับเหตุผลนั้น Neutrinos มีบทบาทสำคัญในจักรวาลวิทยาและพวกเขาอาจสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล"
อนุภาคจาง ๆ เหล่านั้นทั้งหมดบินไปรอบ ๆ ลากจูงทุกอย่างด้วยแรงโน้มถ่วงของมันแล้วรับพลังงานจากเรื่องอื่นทั้งหมด แม้ว่าจำนวนมวลจะลดลง แต่โรเบิร์ตสันกล่าวว่าบทบาทที่แม่นยำของอนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้มีความซับซ้อนมากขึ้น
นักวิจัยกล่าวว่าหมายเลข 1.1 eV นั้นน่าสนใจเพราะเป็นหมายเลขนิวตริโนที่ได้มาจากการทดลองครั้งแรกซึ่งไม่สูงพอที่จะอธิบายโครงสร้างของส่วนที่เหลือของเอกภพด้วยตนเอง
“ มีบางสิ่งที่เรายังไม่รู้เรื่องนี้มีสสารมืดอยู่” และมันก็ไม่สามารถสร้างจากนิวตริโนที่เรารู้ได้เขาพูด
ดังนั้นจำนวนน้อยนี้จากห้องสุญญากาศขนาดใหญ่ในประเทศเยอรมนีอย่างน้อยที่สุดก็เพิ่มไปยังกองหลักฐานว่าจักรวาลมีองค์ประกอบที่ฟิสิกส์ยังไม่เข้าใจ
