Hvor mye nøytrinoer veier, er et av de ubesvarte spørsmålene i fysikken.
De unnvikende partiklene er ikke enkle å studere. De er overalt, men usynlige og reagerer nesten ikke med annen materie. De fyker uhindret tvers igjennom jordkloden hele tiden.
Partiklene er de nest mest tallrike i universet, etter fotoner. En kvadratcentimeter på Jorden treffes av milliarder av nøytrinoer hvert sekund, ifølge Store norske leksikon.
I KATRIN-eksperimentet i Tyskland jobber forskere med å snevre inn massen til de spøkelsesaktige partiklene. De er ekstremt lette.
– Vi vet nå helt direkte at nøytrinoet er minst en million ganger lettere enn den nest letteste elementærpartikkelen, som er et elektron, sier fysiker Diana Parno i KATRIN-teamet til Science.
Ikke helt masseløs
Tidligere trodde fysikere at nøytrinoer var masseløse og dermed beveget seg i lyshastighet.
Nobelprisen i fysikk i 2015 gikk til forskere som viste at det ikke er tilfellet. Nøytrinoer finnes som tre forskjellige typer, og de kan veksle mellom dem. Dette betyr at de må ha en masse over null.
Dette passer ikke helt med standardmodellen, som beskriver universets minste byggesteiner og tre av de fire fundamentale kreftene i naturen. Modellen tilsier at nøytrinoene burde være masseløse.
Å finne ut nøyaktig hva nøytrinoene veier, kan kaste lys over hva som mangler i teorien. Nøytrinoer med sin masse har også spilt en rolle for dannelse av store strukturer i universet.
Det nye resultatet tilsier at nøytrinoet ikke er tyngre enn 0,45 elektronvolt.
Til sammenligning har elektronet en masse på 511.000 elektronvolt.
Resultatet er basert på målinger gjort over 259 dager ved KATRIN-eksperimentet i Tyskland.
Den 70 meter lange KATRIN-installasjonen ved Karlsruhe Institute for Technology er spesialbygget for å lete etter massen til nøytrinoer. 150 fagfolk fra forskjellige land er med i prosjektet.
Gruppen har tidligere slått fast at massen ikke er over 1,1 og 0,8 elektronvolt. Det nye anslaget snevrer det inn ytterligere.
– Det er flott å se at de har klart å gjennomføre dette veldig, veldig krevende eksperimentet, sier Yifang Wang, direktør for Institutt for høyenergifysikk ved det kinesiske vitenskapsakademiet, til Science.
– Dette er et resultat vi har ventet på i lang tid.
Annonse
Radioaktive atomer
Nøytrinoer dannes når atomkjerner deler seg eller smelter sammen.
Partiklene dannes i sola og stjernene, i kjernereaktorer på jorden og i supernovaeksplosjoner. Det ble også laget veldig mange av dem rett etter big bang.
I KATRIN-eksperimentet har forskerne skapt nøytrinoer fra tritium, en tyngre versjon av hydrogen med to nøytroner og et proton i kjernen.
Tritium er radioaktivt og henfaller til helium.
Et av nøytronene blir til et proton. Samtidig blir et elektron og et antinøytrino sendt ut, forklares det i The New York Times. Et antinøytrino er atimaterieversjonen av nøytrinoer og skal ha samme masse.
Forskerne kan ikke måle nøytrinoet eller antimaterie-tvillingen direkte. De måler energien til elektronet som ble sendt ut og prøver å finne ut hvor mye nøytrinoet stakk av med.
Forskerne skal fortsette eksperimentet til de har 1.000 dager med data mot slutten av året.
Da vil de ha enda flere målinger av elektroner, og det er ventet at nøytrinoet kan måles ned til 0,3 elektronvolt. Hvis det er enda lettere, trengs det mer følsomme eksperimenter, skriver Nature.
Massen til nøytrinoer er også målt av kosmologer som studerer universets utvikling og fordelingen av galakser, ifølge Science. Kosmologien tilsier at nøytrinoer er enda mye lettere.
Det kan likevel være nyttig å gjøre partikkel-forsøkene i tillegg, ettersom målingene fra kosmologien ikke er helt problemfrie, ifølge Science.
Annonse
Referanse:
KATRIN Collaboration, m.fl.: «Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data», Science, 10. april 2025. Sammendrag.
