Het KATRIN-experiment, dat de opdracht heeft gekregen om neutrino's te wegen, heeft een nauwkeurigere schatting bekendgemaakt van de bovengrens van hun massa : neutrino's wegen maximaal 0.8 eV, oftewel ze zijn lichter dan 0.8 eV (1 eV = 1.782 x 10⁻³⁶ kg).
Neutrino's (letterlijk: de kleine neutrale deeltjes) zijn de meest voorkomende elementaire deeltjes in het universum . Ze zijn bijna alomtegenwoordig, in sterrenstelsels , in de zon, in de hele ruimte om ons heen. Triljoenen neutrino's passeren elke seconde ons lichaam zonder met andere deeltjes te interageren.
Neutrino's ontstonden ongeveer 10⁻⁴ seconden na de oerknal, zo'n 13.8 miljard jaar geleden, en speelden een belangrijke rol in de evolutie van het universum . Ze worden continu in enorme hoeveelheden gevormd bij kernfusieprocessen in sterren, waaronder de zon, in kernreactoren op aarde en bij radioactief verval. Ze spelen ook een belangrijke rol in het supernova-proces in de levenscyclus van een ster en leveren vroege signalen van supernova-explosies. Op subatomair niveau bieden neutrino's een instrument om de structuur van nucleonen te bestuderen. Neutrino's zouden ook kunnen helpen bij het verklaren van de materie-antimaterie-asymmetrie.
Ondanks al deze belangrijke aspecten is er nog veel onbekend over neutrino's . We weten niet hoe ze met andere deeltjes interageren. Sinds de ontdekking van neutrino-oscillaties is bekend dat neutrino's een massa hebben die niet nul is . We weten dat neutrino's een zeer kleine massa hebben en de lichtste van alle elementaire deeltjes zijn, maar hun exacte massa is nog steeds onbekend. Voor een beter begrip van het universum is het cruciaal dat de massa van neutrino's nauwkeurig wordt gemeten.
Het KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN) aan het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), het samenwerkingsverband van zes landen, is gewijd aan het meten van de massa van neutrino met sub-eV-precisie.
In 2019 had het KATRIN-experiment aangekondigd dat neutrino's maximaal 1.1 eV wegen, wat een tweevoudige verbetering was ten opzichte van eerdere bovengrensmetingen van 2 eV
1 eV, oftewel elektronvolt, is de energie die een elektron wint wanneer de elektrische potentiaal bij het elektron met één volt toeneemt en is gelijk aan 1.602 × 10⁻¹⁹ joule . Op subatomair niveau is het handig om massa uit te drukken in termen van energie, volgens de massa-energie-symmetrie E=mc² ; 1 eV = 1.782 × 10⁻³⁶ kg.
Op 14 februari 2022 kondigde de KATRIN-samenwerking aan dat de massa van neutrino's met een ongekende precisie werd gemeten, waaruit bleek dat neutrino's lichter zijn dan 0.8 eV en daarmee de barrière van 1 eV in de neutrinofysica doorbreken.
Het onderzoeksteam wil de verdere metingen van de neutrinomassa voortzetten tot eind 2024. Vanaf 2025 gaat het KATRIN-experiment met behulp van een nieuw TRISTAN-detectorsysteem op zoek naar steriele neutrino's. Met massa's in het KeV-bereik zouden steriele neutrino's kandidaten zijn voor de mysterieuze donkere materie.
***
Bronnen:
- Karlsruhe Tritium Neutrino-experiment (KATRIN). Verkrijgbaar bij https://www.katrin.kit.edu/
- Karlsruhe Instituut voor Technologie (KIT). Persbericht 012/2022 - Neutrino's zijn lichter dan 0.8 elektronenvolt. Geplaatst op 14 februari 2022. Verkrijgbaar bij https://www.kit.edu/kit/english/pi_2022_neutrinos-are-lighter-than-0-8-electron-volts.php
- De KATRIN-samenwerking. Directe neutrino-massameting met sub-elektronvolt gevoeligheid. nat. Fys. 18, 160-166 (2022). Gepubliceerd: 14 februari 2022. DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-021-01463-1
