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우주의 모든 알려진 입자 중에서 광자 만 중성미자보다 우수합니다. 그러나 풍요 로움에도 불구하고 중성미자는 물질과 매우 약하게 상호 작용하기 때문에 잡아서 검사하기가 어렵습니다. 약 1 천 조의 유령 입자는 매 초마다 몸을 통과합니다. 단일 원자에서도 깜짝 놀라게합니다.
시카고의 Fermi National Accelerator Laboratory 근처의 Fermi National Accelerator Laboratory의 물리학자인 Deborah Harris는“그들이 유비쿼터스이지만 무게가 무엇인지 알지 못합니다.
물리학 자들은 오랫동안 유령을 평가하려고 노력했습니다. 그리고 18 년간의 계획, 건축 및 교정 후, 남서부의 Karlsruhe Tritium Neutrino (Katrin) 실험은 첫 번째 결과를 발표했습니다. 중성미자는 1.1 전자 볼트 (EV) 이상의 무게가 1.1 천 분의 1을 초과 할 수 없다는 것을 발견했습니다.
.이 초기 추정치는 한 달에 불과한 데이터에서 2 eV에서 중성미자 질량의 상한을 한 유사한 기술을 사용하여 이전 측정에서 향상됩니다. 데이터가 발생함에 따라 Katrin은 상한을 제공하는 대신 실제 질량을 못 박는 것을 목표로합니다.
.질량은 기본 입자의 가장 기본적이고 중요한 특성 중 하나입니다. 중성미자는 질량이 미스터리로 남아있는 유일한 알려진 입자입니다. 질량을 측정하면 표준 모델을 넘어 새로운 물리 법칙을 지적하는 데 도움이 될 것입니다. 측정 된 질량은 우주가 어떻게 진화했는지에 대한 우주 학자의 이론에 대한 점검 역할을합니다.
Carnegie Mellon University의 물리학 자이자 Katrin Team의 멤버 인 Diana Parno는“중성미자의 질량이 무엇인지에 따라 우주론에서 매우 흥미로운 시간을 초래할 수 있습니다.
약 20 년 전까지 이론적으로 1930 년에 예측되어 1956 년에 발견 된 중성미자는 미사가없는 것으로 추정되었습니다. 해리스는“제가 대학원에있을 때 내 교과서는 모두 중성미자가 질량이 없다고 말했다.
물리학 자들은 2015 년 노벨상을 수상 할 수있는 발견에서 중성미자가 한 종류에서 다른 종류로 변형 될 수 있으며 세 가지“맛”상태, 즉 전자, 뮤온 및 타우 사이에서 진동 할 수 있음을 발견했습니다. 이러한 진동은 중성미자에 3 개의 가능한 질량 상태가있는 경우에만 발생할 수 있으며, 여기서 각 맛은 3 개의 질량 상태 각각에 대한 뚜렷한 확률을 갖습니다. 대중국은 공간을 다르게 이동하므로 중성미자가 지점 A에서 B 지점으로 갈 때까지 이러한 확률의 혼합이 바뀌었고 탐지기는 다른 맛을 측정 할 수 있습니다.
.세 가지 대중 상태가 있다면 모두 0이 될 수는 없습니다. 중성미자에는 질량이 있습니다. 최근 중성미자 진동 데이터 (실제 값이 아닌 질량 상태의 차이를 드러냅니다)에 따르면, 가장 가벼운 질량 상태가 0 인 경우 가장 무거운 것은 0.0495 eV 이상이어야합니다.
그럼에도 불구하고 그것은 다른 입자의 질량에 비해 너무 가벼워서 물리학자가 중성미자가 어떻게 작은 덩어리를 얻는 지 잘 모르겠습니다. 표준 모델의 다른 입자는 모든 공간을 채우고 거대한 입자를 드래그하는 에너지 분야 인 HIGGS 필드와 상호 작용하여 질량을 획득합니다. 그러나 중성미자에게는“질량이 너무 작아서 설명하기 위해 추가 이론이 필요합니다.”라고 Parno는 말했습니다.
중성미자가 어떻게 질량을 얻는 지 알아내는 것은 우주에서 안티 라트보다 더 많은 문제가있는 이유와 같은 다른 겉보기에 관련된 다른 미스터리를 해결할 수 있습니다. 대량 생성 메커니즘에 대한 경쟁 이론은 세 가지 질량 상태에 대해 다른 값을 예측합니다. 중성미자 진동 실험은 질량 상태 간의 차이를 측정했지만 카트린과 같은 실험은 세 가지 평균의 평균에 대한 실험. 두 가지 유형의 측정을 결합하면 각 질량 상태의 값이 드러날 수 있으며, 다른 대중보다 중성미자 질량의 특정 이론을 선호합니다.
중성미자 질량도 우주적으로 중요합니다. 그들의 작은 덩어리에도 불구하고, 빅뱅 중에 많은 중성미자들이 태어났다. 그들의 집단적 중력은 우주의 모든 문제가 어떻게 별과 은하계에 뭉쳐 졌는지에 영향을 미쳤다. 빅뱅 이후 약 1 초 후, 중성미자는 거의 밝은 속도로 날아갔습니다. 그러나 그들은 느려지기 시작하여 코랄 원자, 별 및 은하를 도울 수있었습니다. 중성미자가 속도가 느려지기 시작한 지점은 질량에 따라 다릅니다. 더 무거운 중성미자가 더 빨리 감속되어 우주를 클럼퍼로 만드는 데 도움이되었을 것입니다.
우주 덩어리를 측정함으로써 우주 학자들은 중성미자의 질량을 유추 할 수 있습니다. 그러나이 간접적 인 방법은 우주의 모델이 정확하다는 가정에 달려 있으므로 중성미자 질량의 직접 측정과 다른 대답을한다면 우주론 이론이 잘못되었음을 나타낼 수 있습니다.
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지금까지, 간접적 우주 학적 접근법은 카트린과 같은 실험에 의한 직접 질량 측정보다 더 민감했습니다. 플랑크 위성의 최근의 우주 학적 데이터에 따르면 3 개의 중성미자 질량 상태의 합은 0.12 eV보다 클 수 없으며 8 월에는 가장 가벼운 질량이 0.086 eV보다 작아야한다는 것을 발견했습니다. 이것들은 모두 카트린의 상한체 아래로 떨어지므로 아직 두 가지 접근 방식 사이에 모순이 없습니다. 그러나 Katrin이 더 많은 데이터를 수집함에 따라 불일치가 발생할 수 있습니다.
대망의 카트린 실험은 수소의 무거운 동위 원소 인 삼중 수소를 사용하여 중성미자를 측정합니다. 삼중 수소가 베타 붕괴를 겪을 때, 그 핵은 전자와 전자 향이 나는 중성미자를 방출합니다. 물리학 자들은 가장 활기찬 전자의 에너지를 측정함으로써 전자 중성미자의 질량 (또는 실제로 세 가지 기여량의 가중 평균)을 추론 할 수 있습니다.
카트린이 약 0.2 또는 0.3 eV의 질량을 발견한다면, 우주 학자들은 관찰을 조정하는 데 어려움을 겪을 것이라고 Stony Brook University의 우주 학자 인 Marilena Loverde는 말했다. 한 가지 가능한 설명은 시간이 지남에 따라 중성미자의 질량의 우주적 영향을 유발하는 새로운 현상 일 것입니다. 예를 들어, 중성미자는 더 가벼운 미지의 입자로 붕괴 될 수 있습니다. 또는 중성미자에 질량을주는 메커니즘이 우주 역사상 변화를 겪었을 수도 있습니다.
반면에, 중성미자 질량이 우주적 관찰이 예측하는 것에 가깝다면 카트린은 그것을 측정하기에 충분히 민감하지 않을 것입니다. 중성미자의 무게는 0.2 eV로만 무게가있을 수 있습니다. 중성미자가 그보다 가볍다면 물리학자는 질량을 닫고 입자 물리학 및 우주론 질문을 해결하기 위해보다 민감한 실험이 필요합니다. 잠재적으로 더 민감한 세 가지 프로젝트 (프로젝트 8, Holmium의 전자 캡처 및 Holmes)는 이미 개념 증명 기기가있는 데이터를 가져오고 있습니다.
Marcus Woo는 샌프란시스코 베이 지역에 위치한 과학 기자입니다. 그의 작품은 에 나타났습니다 유선 , 새로운 과학자 , 내셔널 지오그래픽 , Smithsonian , NPR, BBC 및 기타 간행물.
