โดย Rafi เผยแพร่ครั้งล่าสุด เว็บตรง 26 กันยายน 2019สเปกโตรมิเตอร์ขนาดยักษ์ของการทดลอง KATRIN ผ่าน Eggenstein-Leopoldshafen ประเทศเยอรมนีในปี 2006 ระหว่างทางไปยังสถาบันเทคโนโลยี Karlsruhe ที่อยู่ใกล้เคียง (เครดิตภาพ: สถาบันเทคโนโลยีคาร์ลสรูเฮอ)เครื่องนับอิเล็กตรอนขนาดใหญ่ได้เปิดการวัดอนุภาคที่รู้จักมากที่สุดในฟิสิกส์ทางอ้อม และเพิ่มหลักฐานสําหรับสสารมืด
การวัดดังกล่าวเป็นผลลัพธ์แรกจากความพยายามระหว่างประเทศในการวัดมวลของนิวตริโน ซึ่งเป็นอนุภาคที่เติมเต็มจักรวาลของเราและกําหนดโครงสร้างของมัน แต่เราแทบจะไม่สามารถตรวจจับได้เลย
นิวตริโนตามการทดลองคาร์ลสรูเฮเทรียมนิวตริโน (KATRIN) ในเยอรมันมีมวลของอิเล็กตรอน
ไม่เกิน 0.0002% ตัวเลขนั้นต่ํามากจนแม้ว่าเราจะเพิ่มนิวตริโนทั้งหมดในจักรวาล แต่ก็ไม่สามารถอธิบายมวลที่หายไปได้ และข้อเท็จจริงนั้นเพิ่มเข้าไปในกองหลักฐานสําหรับการดํารงอยู่ของสสารมืด
โดยพื้นฐานแล้ว KATRIN เป็นเครื่องจักรที่ใหญ่มากสําหรับการนับอิเล็กตรอนพลังงานสูงพิเศษที่ระเบิดออกมาจากตัวอย่างไตรเทียมซึ่งเป็นไฮโดรเจนรูปแบบกัมมันตภาพรังสี ด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนสองตัวในแต่ละอะตอม Tritium ไม่เสถียรและนิวตรอนของมันสลายตัวเป็นคู่อิเล็กตรอน – นิวตริโน KATRIN มองหาอิเล็กตรอนไม่ใช่นิวตริโนเพราะนิวตริโนนั้นจางเกินไปที่จะวัดได้อย่างแม่นยํา และเครื่องจักรใช้ก๊าซไตรเทียมตามที่ Hamish Robertson นักวิทยาศาสตร์และศาสตราจารย์กิตติคุณของ KATRIN ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันกล่าวว่าเป็นแหล่งอิเล็กตรอน – นิวตริโนเพียงแหล่งเดียวที่ง่ายพอที่จะได้รับการตรวจวัดมวลที่ดี
Krungthai Business ง่าย ครบ จบ ในแอปเดียว
นิวตริโนเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดอย่างแม่นยําด้วยตัวเองไม่มากก็น้อยเพราะมีมวลน้อยมากและมีแนวโน้มที่จะข้ามออกจากเครื่องตรวจจับโดยไม่ต้องมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมัน ดังนั้นเพื่อหามวลของนิวตริโนโรเบิร์ตสันบอกกับ Live Science KATRIN นับอิเล็กตรอนที่มีพลังมากที่สุดและทํางานย้อนกลับจากจํานวนนั้นเพื่ออนุมานมวลของนิวตริโน มีการประกาศผลลัพธ์แรกจาก KATRIN และนักวิจัยได้ข้อสรุปเบื้องต้น: นิวตริโนมีมวลไม่สูงกว่า 1.1 อิเล็กตรอนโวลต์ (eV)
อิเล็กตรอนโวลต์เป็นหน่วยของมวลและนักฟิสิกส์พลังงานที่ใช้เมื่อพูดถึงสิ่งที่เล็กที่สุดในจักรวาล (ในระดับของอนุภาคพื้นฐานพลังงานและมวลจะถูกวัดโดยใช้หน่วยเดียวกันและคู่นิวตริโนอิเล็กตรอนจะต้องมีระดับพลังงานรวมเทียบเท่ากับนิวตรอนต้นทาง) Higgs boson ซึ่งให้ยืมอนุภาคอื่น ๆ มวลของพวกเขามีมวล 125 พันล้าน EV โปรตอนซึ่งเป็นอนุภาคที่ศูนย์กลางของอะตอมมีมวลประมาณ 938 ล้าน eV อิเล็กตรอนเป็นเพียง 510,000 eV การทดลองนี้ยืนยันว่านิวตริโนมีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ
ที่เกี่ยวข้อง: 9 ไอเดียเกี่ยวกับหลุมดําที่จะทําให้คุณทึ่ง
KATRIN เป็นเครื่องจักรที่ใหญ่มาก แต่วิธีการของมันตรงไปตรงมาโรเบิร์ตสันกล่าว ห้องแรกของอุปกรณ์เต็มไปด้วยก๊าซไตรเทียมซึ่งนิวตรอนจะสลายตัวตามธรรมชาติเป็นอิเล็กตรอนและนิวตริโน นักฟิสิกส์รู้อยู่แล้วว่าพลังงานมีส่วนเกี่ยวข้องกับพลังงานมากแค่ไหนเมื่อนิวตรอนสลายตัว พลังงานบางส่วนถูกแปลงเป็นมวลของนิวตริโนและมวลของอิเล็กตรอน และส่วนที่เหลือจะถูกเทลงในอนุภาคที่สร้างขึ้นใหม่เหล่านั้นโดยกําหนดอย่างคร่าวๆว่าพวกเขาไปเร็วแค่ไหน โดยปกติแล้วพลังงานพิเศษนั้นจะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอิเล็กตรอนและนิวตริโน แต่บางครั้งพลังงานที่เหลือส่วนใหญ่หรือทั้งหมดจะถูกทิ้งลงในอนุภาคเดียวหรืออีกอนุภาคหนึ่ง
ในกรณีนั้นพลังงานทั้งหมดที่เหลืออยู่หลังจากเกิดนิวตริโนและอิเล็กตรอนจะถูกทิ้งลงในคู่อิเล็กตรอนซึ่งก่อตัวเป็นอิเล็กตรอนพลังงานสูงพิเศษโรเบิร์ตสันกล่าว นั่นหมายความว่ามวลของนิวตริโนสามารถคํานวณได้: เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของนิวตรอนลบด้วยมวลของอิเล็กตรอนและระดับพลังงานสูงสุดของอิเล็กตรอนในการทดลอง
นักฟิสิกส์ที่ออกแบบการทดลองไม่ได้พยายามวัดนิวตริโน ผู้ที่ได้รับอนุญาตให้หลบหนีเครื่องโดยไม่มีใครแตะต้อง การทดลองจะลําเลียงอิเล็กตรอนเข้าไปในห้องสุญญากาศขนาดยักษ์ที่เรียกว่าสเปกโตรมิเตอร์แทน กระแสไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กที่แรงมากซึ่งมีเพียงอิเล็กตรอนพลังงานสูงสุดเท่านั้นที่สามารถผ่านได้ ที่ปลายอีกด้านของห้องนั้นเป็นอุปกรณ์ที่นับจํานวนอิเล็กตรอนที่ผ่านสนาม เมื่อ KATRIN ค่อยๆ เพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็ก Robertson กล่าวว่าจํานวนอิเล็กตรอนที่ผ่านเข้าไปหดตัวลงราวกับว่ามันจะจางหายไปจนเหลือศูนย์ แต่ในตอนท้ายของสเปกตรัมของระดับพลังงานอิเล็กตรอนนั้นมีบางอย่างเกิดขึ้น
An illustrated diagram labels KATRIN’s main components.
แผนภาพภาพประกอบระบุส่วนประกอบหลักของ KATRIN (เครดิตภาพ: สถาบันเทคโนโลยีคาร์ลสรูเฮอ)
”สเปกตรัมตายกะทันหันก่อนที่คุณจะไปถึงจุดสิ้นสุด [ที่ซึ่งอิเล็กตรอนจะมีพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในการสลายตัวของไตรเทียม] เนื่องจากมวลของนิวตริโนไม่สามารถถูกอิเล็กตรอนขโมยได้ มันจะต้องถูกทิ้งไว้ข้างหลังเสมอสําหรับนิวตริโน” โรเบิร์ตสันกล่าว มวลของนิวตริโนจะต้องน้อยกว่าพลังงานจํานวน เว็บตรง
