14 آوریل 2025-جرم نوترینو-اعتبار: M. Zacher / KATRIN Coll.
در تلاشی بلندپروازانه برای کشف اسرار کیهان، آزمایش KATRIN (نوترینو تریتیوم کارلسروهه) در یکی از چالش برانگیزترین حوزه های فیزیک مدرن رهبری می کند: اندازه گیری جرم دقیق نوترینو.
KATRIN که در آلمان مستقر است و توسط یک شبکه جهانی از بیش از 20 موسسه تحقیقاتی در هفت کشور پشتیبانی می شود، یک معیار جهانی جدید در زمینه اندازه گیری مستقیم جرم نوترینو تعیین کرده است.
نوترینوها به طور باورنکردنی فراوان هستند و تقریباً غیرقابل تشخیص از ماده معمولی عبور می کنند. علیرغم ماهیت گریزان آنها، این ذرات برای درک ما از جهان حیاتی هستند.جرم کوچک آنها پیامدهای مهمی دارد، از تأثیرگذاری بر شکل‌گیری کهکشان‌ها تا آشکار کردن شکاف‌ها در مدل استاندارد فیزیک ذرات. درک جرم نوترینو می تواند به اکتشافاتی منجر شود که دانش ما را در مورد ماده، انرژی و کیهان اولیه تغییر شکل دهد.
دقت پیشرو در جهان در تشخیص نوترینو
آزمایش KATRIN بر مطالعه واپاشی بتا تریتیوم، ایزوتوپ رادیواکتیو هیدروژن تمرکز دارد.در این فرآیند، تریتیوم به هلیوم تجزیه می شود و یک الکترون و یک نوترینو آزاد می کند. با تجزیه و تحلیل دقیق توزیع انرژی الکترون های ساطع شده، محققان می توانند جرم نوترینوهای همراه را استنباط کنند.
برای دستیابی به این هدف، KATRIN از یک خط پرتوی پیشرفته به طول 70 متر و یکی از بزرگترین طیف سنج هایی که تاکنون ساخته شده است، با قطر 10 متر استفاده می کند.این تنظیم پیچیده امکان سنجش حساس ترین و دقیق ترین اندازه گیری مستقیم جرم نوترینو را تا به امروز فراهم می کند.
آخرین تجزیه و تحلیل KATRIN، بر اساس پنج کمپین اندازه گیری انجام شده بین سال های 2019 و 2021، نتیجه قابل توجهی را ارائه کرده است: حد بالایی جرم نوترینو به 0.45 الکترون ولت در هر c²، حدود 8 x 10-37 کیلوگرم کاهش یافته است.
این تقریباً دو برابر دقیق‌تر از نتایج منتشر شده در سال 2022 است و نشان‌دهنده یک پیشرفت بزرگ در فیزیک نوترینو است.این نقطه عطف تنها با استفاده از حدود 25٪ از کل داده هایی که آزمایش انتظار می رود جمع آوری کند به دست آمد.
همانطور که KATRIN به عملیات خود تا سال 2025 ادامه می دهد، پیشرفت های بیشتری در حساسیت پیش بینی می شود که به طور بالقوه محققان را قادر می سازد یا یک جرم نوترینو محدود را تشخیص دهند یا حد بالایی را حتی بیشتر کاهش دهند.
تجزیه و تحلیل داده های پیشرفته با کمک هوش مصنوعی
استخراج نتایج معنی‌دار از چنین تفاوت‌های انرژی جزئی نیازمند روش‌های محاسباتی پیشرفته است.همکاری KATRIN از تکنیک های پیشرفته تجزیه و تحلیل داده ها، از جمله هوش مصنوعی، برای پردازش و تفسیر اندازه گیری های بسیار حساس استفاده کرده است.این نوآوری تکنولوژیکی در پیشبرد دقت آزمایش به ارتفاعات جدید بسیار مؤثر بوده است.
فاز بعدی پروژه هم اکنون در حال شکل گیری است. در سال 2026، KATRIN با سیستم آشکارساز TRISTAN ارتقاء خواهد یافت، که امکان جستجوی نوترینوهای عقیم را فراهم می کند – ذرات فرضی که ممکن است جزء ماده تاریک را تشکیل دهند.اعتقاد بر این است که این ذرات حتی ضعیف تر از نوترینوهای شناخته شده برهمکنش دارند و می توانند چندین پدیده حل نشده در کیهان شناسی را توضیح دهند.
در کنار TRISTAN، ابتکار KATRIN++ یک برنامه تحقیق و توسعه جدید را با هدف طراحی آزمایش‌های آینده با قابلیت دستیابی به حساسیت بالاتر در تشخیص جرم نوترینو راه‌اندازی خواهد کرد.
کشف کوچکترین رازهای کیهان
پیشرفت پیشگامانه کاترین گام بزرگی در جهت کشف ماهیت نوترینوها و نقش آنها در کیهان است.همانطور که دانشمندان به اصلاح اندازه‌گیری‌های خود و گسترش قابلیت‌های آزمایش ادامه می‌دهند، هدف از درک کامل جرم نوترینو – و پیامدهای آن برای فیزیک و کیهان‌شناسی – به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود.
