Neutrinii sunt particule elementare care fac parte din Modelul Standard al fizicii moderne. Sunt cele mai misterioase particule din cadrul acestui model și au o masă atât de mică încât nu am reușit s-o măsurăm până în prezent. Experimentul KATRIN a pus o nouă limită asupra acestei mase.

Neutrinii

Există trei tipuri de neutrini: cel electronic, cel muonic și cel tauonic. Neutrinii sunt particule care interacționează cu materia doar prin interacțiunea nucleară slabă – care, cum îi spune și numele, este atât de slabă încât foarte rar neutrinii ajung să interacționeze cu materia. Din acest motiv studiul experimental al neutrinilor este dificil, întrucât are nevoie de fluxuri intense de neutrini și/sau aparate de dimensiuni mari și deosebit de complexe. În Soare de exemplu iau naștere în urma reacțiilor nucleare din inima Soarelui extrem de mulți neutrini; parte dintre aceștia ajung până la noi și chiar în acest moment în care citiți acest articol miliarde de neutrini traversează corpul vostru fără se interacționeze cu materia din care sunteți făcuți. Neutrini (sau antineutrini – antimateria neutrinilor; de precizat că la ora actuală nu se știe dacă neutrinii și antineutrinii sunt particule diferite sau una și aceeași particulă) iau naștere și în reactoarele nucleare și mai multe experimente îi studiază.

Neutrinii au masă

Multă vreme s-a crezut că neutrinii nu au masă și, precum fotonii, ar fi particule din pură energie. Au fost însă observate procese de oscilație de neutrini, adică transformarea neutrinilor de un fel în neutrini de alt fel (de exemplu neutrini de tip muonic în neutrini de tip tau în cadrul experimentului OPERA de la laboratorul subteran de la Gran Sasso), procese explicate de fenomene cuantice care se petrec doar dacă particulele au masă. Este deci clar că neutrinii au o masă, însă aceasta este extrem de mică – altfel am fi măsurat-o până acum. De exemplu masa electronului este de circa 1.800 de ori mai mică decât cea a protonului; ei bine, neutrinii au o masă și mai mică, mult mai mică. Multe experimente încearcă să „cântărească” neutrinii – adică să măsoare masa acestora. Până în prezent însă nu s-a reușit; au fost doar puse limite superioare asupra masei neutrinilor. Adică ceea ce putem spune este doar că neutrinul are o masă mai mică decât o anumită valoare determinată experimental. 

O nouă limită: KATRIN

Un experiment ambițios la Karlsruhe, în Germania, și-a propus să facă tot posibilul să determine masa neutrinilor. KATRIN este numele experimentului care folosește o tehnică deosebită. Practic măsoară electronii emiși în procesele de dezintegrare ale tritiului. Tritiul este un izotop greu al hidrogenului – care conține un proton și doi neutroni. Este un nucleu instabil care se dezintegrează cu o viață medie de circa 12 ani într-un ion de heliu3 emițând un electron și un antineutrino electronic. Din măsurarea energiei electronului se pot afla informații despre masa neutrinului. Practic, energia disponibilă pentru electron depinde de masa pe care o are antineutrinul. Ei bine, în cadrul meetingului online al American Physical Society din 19 aprilie, cercetătorii din cadrul colaborării KATRIN au raportat o nouă limită asupra masei antineutrinului electronic: 0.8 ev.

 Această limită este de circa 600 de mii de ori mai mică decât masa electronului! Cum această valoare este doar o limită superioară de fapt neutrinii ar putea avea mase și mai mici; și se pare că indicații din astrofizică ar spune că așa și stau lucrurile.

Misterul neutrinilor

Neutrinii ascund încă multe secrete. Pe lângă masa acestora și mecanismul care ar genera o masă așa de mică, mai este și cel – deja amintit – al diferenței sau nu între antineutrini și neutrini. Acest secret ar putea fi legat la rândul lui de un mare mister al fizicii și cosmologiei: unde a dispărut antimateria din Univers?

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe