Miliarde trec prin corpul tău în fiecare secundă… și în sfârșit începem să le descoperim secretele.

Nu îi vedem, nu le simțim, și totuși sunt acolo. În fiecare secundă, miliarde de neutrini trec prin corpurile noastre, prin pereții noștri, prin planeta noastră… fără să se oprească vreodată. Aceste particule aproape invizibile, omniprezente în univers, au reprezentat una dintre cele mai mari enigme ale fizicii moderne timp de decenii. Și unul dintre cele mai mari mistere ale lor s-ar putea să se fi micșorat puțin mai mult: masa lor.

Neutrinii sunt cele mai abundente particule din univers, dar și printre cele mai dificil de detectat. Lipsite de sarcină electrică, interacționând doar foarte slab cu materia, ele trec prin obiecte precum fantomele. Această invizibilitate face ca studiul lor să fie deosebit de complex, dar nu mai puțin esențial. Pentru că aceste particule minuscule ar putea deține răspunsuri majore despre însăși structura universului. Problemă: mult timp s-a crezut că sunt complet lipsite de masă. Modelul standard al fizicii particulelor, care descrie comportamentul tuturor particulelor cunoscute, nu a prezis nicio masă pentru neutrini. O ipoteză pe care observațiile au ajuns să o contrazică. Rămâne de văzut cât cântăresc de fapt. Aici intervine KATRIN.

În loc să urmărească neutrinii înșiși – o sarcină aproape imposibilă – cercetătorii KATRIN au adoptat o abordare indirectă. Ei studiază tritiul, un izotop radioactiv al hidrogenului. Când se dezintegrează, se transformă în heliu-3, emițând un electron și un antineutrino. Ideea e simplă: măsurând foarte precis energia electronilor emiși, putem deduce energia lipsă… cea preluată de antineutrino. Și, prin urmare, masa sa. Execuția în sine este mult mai complexă: KATRIN se bazează pe un spectrometru de 200 de tone și o structură lungă de 70 de metri, concepute pentru a atinge un nivel de precizie nemaivăzut până acum în acest domeniu.

Cea mai recentă serie de măsurători KATRIN s-a bazat pe 259 de zile de experimentare și a permis analiza a 36 de milioane de electroni. Folosind această cantitate fenomenală de date, cercetătorii au reușit să înjumătățească limita superioară a masei neutrinilor electronici, de la 0,8 eV la 0,45 electronvolți (eV) – aproximativ 8 × 10⁻³⁷ kilograme, o cifră atât de mică încât este ca și cum ai compara un gram cu masa a 40.000 de sori. Rezultatele au fost prezentate într-un articol publicat în Science. Și acesta este doar începutul. Campania completă, care se așteaptă să fie finalizată în 2025, își propune să atingă o precizie și mai mare, cu 250 de milioane de electroni analizați. Obiectivul? Reducerea acestei limite la 0,3 eV, cu un nivel de încredere de 90%.

De ce este acest lucru atât de important? Pentru că, dacă neutrinii au într-adevăr masă, atunci Modelul Standard al fizicii nu mai este suficient. Va trebui fie modificat, fie depășit. Și această deficiență ar putea fi poarta către o fizică nouă, încă nebănuită. Înțelegerea masei neutrinilor ar putea, de asemenea, să aducă lumină asupra unor fenomene încă misterioase, cum ar fi materia întunecată, care reprezintă o mare parte din masa universului, fără ca noi să știm încă din ce este alcătuită. Sau chiar să ne ofere noi chei ale evoluției universului, de la primele secunde ale Big Bang-ului până în prezent. Prin cântărirea unuia dintre cele mai impalpabile obiecte din univers, experimentul KATRIN face mai mult decât o simplă realizare tehnică. Reprezintă o oglindă a limitărilor noastre actuale și deschide o fereastră asupra a ceea ce fizica ne-ar putea dezvălui în continuare.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România