Nötrinolar Neden Bu Kadar Küçük Olmak Zorunda?

Fizikçiler, evrenin en küçük parçacıklarından biri olan kaçak nötrino için yeni bir üst sınır belirlediler. Bu sınırlama, diğer subatomik parçacıkları kara delikler kadar büyük hale getiriyor.

Bu hafta Science dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada, bu minnacık parçacığın kütlesi için yeni bir üst sınır belirlendi: 0.45 elektron volt (eV) veya daha az. Kıyaslamak gerekirse, bu bir elektronun kütlesinin milyonda biridir, ki elektronun kütlesi karşılaştırmalı olarak devasa 511,000 eV’dir. Yani, evet—nötrinolar aşırı derecede hafiftirler.

Trilyonlarca nötrino her saniye vücudunuzdan geçiyor ama o kadar küçük ve zayıf etkileşimli ki hiçbir şey hissetmiyorsunuz.

Nötrinolar, kütlesi bilinmeyen bilinen tek elementer parçacıklar, ancak bu parçacıkların Standart Model ile ne kadar uyumlu olduğu gibi sorular yanıtlanmayı bekliyor. Nötrino’nun kütlesini hassas bir şekilde belirlemek, evrenin yasalarına dair derin içgörüler sunabilir. Nötrinolar kütlelerini diğer parçacıklar gibi Higgs bozonundan mı alıyor? Yoksa tamamen yeni bir mekanizma mı söz konusu?

Karlsruhe Trityum Nötrino Deneyi veya KATRIN’e giriş yapın; 75 fit (23 metre) uzunluğundaki bir zeplin şeklindeki vakum odası. Bilim insanları, vakum odası içindeki trityumun radyokaktif bozunumunu izliyor; trityum bozunurken elektronlar ve antinötrinolar çıkarıyor. Araştırmacılar antinötrinoları doğrudan ölçemezler (maddeye hayalet gibi işlerler), ancak geriye kalan elektronların enerjisini inceleyerek kayıp parçacıkların kütlesi hakkında çıkarımlar yapabilirler.

259 gün boyunca toplanan verileri analiz ettikten sonra, KATRIN ekibi nötrino kütlesinin önceki en iyi tahminini (0.8 eV) neredeyse yarıya indirebildi. Ancak bitmediler; 1,000 günlük veri seti tamamlandığında, bu kütle sınırını 0.3 eV hatta belki 0.2 eV kadar düşürmeyi umuyorlar.

Nötrinoların hala subatomik çantasında birçok numara var. Max Planck Enstitüsü’nden fizikçi Susanne Mertens’in dediği gibi, KATRIN İşbirliği’nin ölçümleri yeni fiziğe ve belki de erken evrenin nasıl evrimleştiğini daha iyi anlamamıza bir arka kapı olabilir.

Şubat ayında, farklı bir ekip Akdeniz’in derinliklerinde en enerjik nötrinoyu (gizemli doğaları nedeniyle “hayalet parçacıklar” da denir) tespit etti, bu da parçacıkların madde ile kozmik mikrodalga arka plan arasında gerçekleşen etkileşimlerle yayıldığını gösterebilir—evrendeki en eski görülebilir ışık.

Eğer nötrino kütlesi biraz daha fazla olsaydı—yaklaşık bir elektronvolt—KATRIN onun gerçek değerini bulabilirdi. Ancak parçacık bu kadar ufak olduğundan, kütlesinin hassasiyetle ölçülmesi için yeni ve gelişmiş bir dedektör—KATRIN++—gerekebilir.

Hayatta çok az şey kesindir, ancak ölüm, vergiler ve nötrino’nun her zamankinden daha küçük olması, güvenebileceğimiz şeyler arasında yer alıyor.