سبک‌ترین ذرات شناخته‌شده جهان کم‌جرم‌تر از آن چیزی هستند که تصور می‌شد

نوترینوها به‌دلیل داشتن جرم بسیار اندک شناخته شده‌اند و یک کشف جدید نشان می‌دهد که این ذرات زیراتمی، به‌مراتب سبک‌تر از آن چیزی هستند که قبلاً تصور می‌شد.

نوترینوها که بار الکتریکی ندارند، در فرآیندهای رادیواکتیو، واکنش‌های خورشیدی و یا دیگر نقاط کیهان تولید می‌شوند و اکنون مشخص شده که جرم آن‌ها کمتر از ۰٫۴۵ الکترون‌ولت است. نتایج این یافته که توسط فیزیکدانان در مجله ساینس منتشر شده است، از آزمایش «نوترینوی تریتیوم» (KATRIN) در «کارلسروهه» به دست آمده و حد بالای جرم نوترینو را نسبت به اندازه‌گیری قبلی، تقریباً به نصف کاهش می‌دهد.

نوترینوها تنها دسته‌ای از ذرات بنیادی هستند که جرم آن‌ها، که یکی از ویژگی‌های اصلی هر ذره است، هنوز ناشناخته باقی مانده است. این ذرات به قدری سبک‌تر از سایر ذرات هستند که مدت‌ها تصور می‌شد اصلاً جرمی ندارند. یکی از چالش‌های بزرگ در فیزیک ذرات، درک این موضوع است که چرا نوترینوها این‌قدر سبک هستند و جرمی کمتر از یک میلیونم جرم الکترون دارند. اندازه‌گیری دقیق جرم آن‌ها می‌تواند به درک بهتر ما از این ذرات کمک کند.

طیف‌سنج آزمایش KATRIN که در کارلسروهه آلمان قرار دارد، به بررسی نوعی نوترینو به نام «پادنوترینوی الکترون» (electron antineutrino) می‌پردازد. محققان توسط این آزمایش به مطالعه‌ی واپاشی‌های رادیواکتیو تریتیوم که نوعی هیدروژن سنگین است، مشغول هستند. هر واپاشی تریتیوم، یک پادنوترینوی الکترونی و یک الکترون با انرژی‌های متغیر تولید می‌کند. جرم نوترینو حداکثر انرژی‌ای را که الکترون می‌تواند داشته باشد، محدود می‌کند. با تحلیل داده‌های مربوط به ۳۶ میلیون الکترون، محققان به دنبال شواهدی از اثرات ناشی از جرم پادنوترینو هستند.

علاوه بر این، دانشمندان دیگر با استفاده از مشاهدات کیهانی، مقدار حداکثری برای جرم نوترینوها تعیین کرده‌اند. انجام این کار به این دلیل امکان‌پذیر است که نوترینوها و جرم آن‌ها، جهان اولیه را شکل داده‌اند و تأثیراتی را برجای گذاشته‌اند که دانشمندان امروزه می‌توانند آن‌ها را مشاهده کنند. اما اگر دانشمندان در درک کیهان دچار اشتباه شوند، ممکن است این تخمین‌ها نادرست باشند؛ درحالی‌که یافته‌های KATRIN مستقل از چنین فرضیاتی هستند.