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KATRIN es un acrónimo alemán ( Ka rlsruhe Tri tium Neutrino Experiment) para un proyecto que busca medir la masa del antineutrino electrónico con precisión sub- eV examinando el espectro de electrones emitidos por la desintegración beta del tritio . El experimento es un experimento reconocido del CERN (RE14). [ 1 ] [ 2 ] El núcleo del aparato es un espectrómetro de 200 toneladas .
En 2015, se completaron las mediciones de puesta en marcha de este espectrómetro, verificando con éxito sus propiedades básicas de vacío, transmisión y fondo. [ 3 ] El experimento comenzó a realizar pruebas en octubre de 2016. La inauguración tuvo lugar el 11 de junio de 2018, con las primeras mediciones de tritio del experimento (la llamada Primera Prueba de Ingeniería de Tritio o FT de 2 semanas a mediados de 2018). La duración proyectada del experimento en ese momento era de 5 años. Las primeras mediciones científicas (la llamada primera campaña) tuvieron lugar el 10 de abril de 2019. [ 4 ]
En febrero de 2022, el experimento anunció un límite superior de m ν < 0,8 eV c –2 con un nivel de confianza del 90 % . [ 5 ] [ 6 ] En abril de 2025, este resultado se mejoró a m ν < 0,45 eV c –2 con el mismo nivel de confianza. [ 7 ]
Construcción y montaje
El espectrómetro fue fabricado por MAN DWE GmbH en Deggendorf . Aunque se encontraba a tan solo 350 km de Karlsruhe , el tamaño del tanque imposibilitó su transporte terrestre. [ 8 ] En su lugar, fue transportado por vía marítima en otoño de 2006, descendiendo por el Danubio hasta el Mar Negro , atravesando el Mar Mediterráneo y el Océano Atlántico hasta Rotterdam , y luego remontando el Rin hasta Karlsruhe. Este desvío de 8600 km limitó el transporte terrestre a los últimos 7 km desde los muelles de Leopoldshafen hasta el laboratorio.
La construcción avanzó bien y varios de los componentes principales ya estaban en el sitio en 2010. El programa principal de pruebas del espectrómetro estaba programado para 2013 y la integración completa del sistema para 2014. [ 9 ] El experimento está ubicado en el antiguo Forschungszentrum Karlsruhe, ahora Campus Nord del Instituto Tecnológico de Karlsruhe .
Experimento
La desintegración beta del tritio es una de las desintegraciones beta menos energéticas . El electrón y el neutrino emitidos comparten solo 18,6 keV de energía entre ellos. KATRIN está diseñado para producir un espectro muy preciso del número de electrones emitidos con energías muy cercanas a esta energía total (a solo unos pocos eV de distancia), que corresponden a neutrinos de muy baja energía . Si el neutrino es una partícula sin masa, no hay un límite inferior para la energía que puede transportar, por lo que el espectro de energía del electrón debería extenderse hasta el límite de 18,6 keV . Por otro lado, si el neutrino tiene masa, entonces siempre debe transportar al menos una cantidad de energía equivalente a su masa por E = mc² , y el espectro del electrón debería disminuir antes del límite de energía total y tener una forma diferente.
En la mayoría de los eventos de desintegración beta , el electrón y el neutrino transportan cantidades de energía aproximadamente iguales. Los eventos de interés para KATRIN, en los que el electrón absorbe casi toda la energía y el neutrino casi ninguna, son muy raros, ocurriendo aproximadamente una vez cada billón de desintegraciones. Para filtrar los eventos comunes y evitar que el detector se sature, los electrones deben atravesar un potencial eléctrico que detiene a todos los electrones por debajo de un cierto umbral, fijado unos pocos eV por debajo del límite de energía total. Solo se contabilizan los electrones que tienen la energía suficiente para atravesar dicho potencial.
Resultados
Los primeros resultados de la primera campaña de medición (10 de abril – 13 de mayo de 2019) se publicaron el 13 de septiembre de 2019. Estos resultados establecieron el límite superior de la masa del neutrino electrónico en 1,1 eV. [ 10 ] [ 11 ]
En septiembre de 2019, el experimento preveía realizar tres campañas de medición al año, cada una con 65 días de medición activa. Se estima que se necesitan 1000 días de medición para alcanzar la sensibilidad objetivo de 0,2 eV (límite superior para la masa del neutrino). Por lo tanto, se espera obtener los resultados finales en 5 o 6 años.
El límite superior de febrero de 2022 es m ν < 0,8 eV c –2 al 90 % CL en combinación con la campaña anterior. [ 5 ] [ 6 ]
En abril de 2025, este resultado mejoró a m ν < 0,45 eV c –2 con el mismo nivel de confianza (utilizando el conjunto de datos de 2019 – 2021).
Importancia
La masa precisa del neutrino es importante no solo para la física de partículas, sino también para la cosmología . La observación de la oscilación de neutrinos es una fuerte evidencia a favor de la existencia de neutrinos masivos, pero solo proporciona un límite inferior débil. [ 12 ]
Junto con la posible observación de la desintegración beta doble sin neutrinos , KATRIN es uno de los experimentos de neutrinos con más probabilidades de arrojar resultados significativos en un futuro próximo.
Enlaces externos
- Página principal de KATRIN
- Llegada del espectrómetro principal KATRIN a Karlsruhe (fotografías)
- Informe de diseño de KATRIN 2004
- Registro del experimento KATRIN en INSPIRE-HEP
Referencias
- ↑ "Experimentos reconocidos en el CERN" . Los Comités Científicos del CERN . CERN. Archivado del original el 13 de junio de 2019. Consultado el 20 de enero de 2020 .
- ↑ "RE14/KATRIN : El experimento de neutrinos de tritio de Karlsruhe" . Programa experimental del CERN . CERN . Consultado el 20 de enero de 2020 .
- ↑ Mertens, S.; et al. (Colaboración KATRIN) (2015). "Estado del experimento KATRIN y perspectivas para la búsqueda de neutrinos estériles de masa keV en la desintegración β del tritio" . Physics Procedia . 62 : 267–273 . Bibcode : 2015PhPro..61..267M . doi : 10.1016/j.phpro.2014.12.043 .
- ↑ www-kam2.icrr.u-tokyo.ac.jp/indico/event/3/contribution/27/material/slides/0.pdf
- 1 2 3 4 La Colaboración KATRIN. "Medición directa de la masa del neutrino con sensibilidad subelectronvoltia", Nat. Phys. 18 , 160–166 (2022). doi : 10.1038/s41567-021-01463-1
- 1 2 Castelvecchi, Davide (14 de febrero de 2022). "¿Qué tan ligero es un neutrino? La respuesta está más cerca que nunca" . Nature . doi : 10.1038/d41586-022-00430-x . PMID 35165410. S2CID 246827702 .
- ↑ Colaboración KATRIN; Aker, Max; Batzler, Dominic; Beglariano, Armen; Behrens, enero; Beisenkötter, Justus; Biassoni, Mateo; Bieringer, Benedikt; Biondi, Yanina; Bloque, Fabián; Bobien, Steffen; Böttcher, Matías; Bornschein, Beate; Bornschein, Lutz; Caldwell, Tom S. (11 de abril de 2025). "Medición directa de la masa de neutrinos basada en 259 días de datos de KATRIN" . Ciencia . 388 (6743): 180– 185. arXiv : 2406.13516 . Código Bib : 2025Ciencia...388..180K . doi : 10.1126/science.adq9592 . PMID 40208982 .
- ↑ Espectrómetro principal de KATRIN. Consultado el 14 de noviembre de 2016.
- ↑ Thümmler, T.; et al. (colaboración KATRIN) (2010). "Introducción a las mediciones directas de masa de neutrinos y KATRIN". Nuclear Physics B: Proceedings Supplements . 229– 232: 146– 151. arXiv : 1012.2282 . Bibcode : 2012NuPhS.229..146T . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2012.09.024 . S2CID 118585897 .
- ↑ "Neutrinos, vacunas contra la gripe y el fallo de Fukushima" . Nature . 573 (7775): 468–469 . 2019. Bibcode : 2019Natur.573..468. . doi : 10.1038/d41586-019-02843-7 . PMID 31554997 .
- ↑ Drexlin, Guido; et al. (9–13 de septiembre de 2019). Medición directa de la masa del neutrino (PDF) . 16.ª Conferencia Internacional sobre Temas de Física de Astropartículas y Física Subterránea (TAUP) (diapositivas de la charla plenaria). Toyama, JP. Archivado del original (PDF) el 25 de diciembre de 2021. Recuperado el 9 de octubre de 2021 – vía U. Tokio .
- ↑ Angus, GW; Shan, HY; Zhao, HS; Famaey, B. (2007). "Sobre la prueba de la materia oscura, la ley de la gravedad y la masa de los neutrinos" . The Astrophysical Journal Letters . 654 (1): L13– L16. arXiv : astro-ph/0609125 . Bibcode : 2007ApJ...654L..13A . doi : 10.1086/510738 .
49°05′45″N 8°26′10″E / 49.09583°N 8.43611°E / 49.09583; 8.43611
- experimentos con neutrinos
- experimentos del CERN
