KATRIN es un acrónimo alemán ( Ka rlsruhe Tri cio N eutrino Experimento) para una empresa para medir la masa del electrón antineutrino con sub- eV precisión mediante el examen del espectro de los electrones emitidos de la desintegración beta de tritio . El experimento es un experimento CERN reconocido (RE14). [1] [2] El núcleo del aparato es un espectrómetro de 200 toneladas . En 2015, se completaron las mediciones de puesta en servicio en 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 realizadas por el experimento (la denominada Primera ejecución 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 denominada primera campaña) se llevaron a cabo el 10 de abril de 2019 [4].
Construcción y montaje
El espectrómetro fue construido por MAN DWE GmbH en Deggendorf . Aunque a solo 350 km de Karlsruhe , el tamaño del tanque hizo imposible el transporte terrestre. [5] En cambio, fue enviado por agua, por el Danubio hasta el Mar Negro , a través del Mar Mediterráneo y el Océano Atlántico hasta Rotterdam , luego por el Rin hasta Karlsruhe. Este desvío de 8600 km de longitud limitó los viajes por tierra a solo los últimos 7 km desde los muelles de Leopoldshafen hasta el laboratorio.
La construcción avanzó bien con varios de los componentes principales en el sitio para 2010. El programa principal de prueba del espectrómetro estaba programado para 2013 y la integración completa del sistema para 2014. [6] El experimento se encuentra en el antiguo Forschungszentrum Karlsruhe, ahora Campus Nord de el Instituto de Tecnología de Karlsruhe .
Experimentar
La desintegración beta del tritio es una de las desintegraciones beta menos energéticas . El electrón y el neutrino que se emiten comparten solo 18,6 keV de energía entre ellos. KATRIN está diseñado para producir un espectro muy preciso de la cantidad 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 límite inferior para la energía que puede transportar el neutrino, por lo que el espectro de energía de los electrones debe extenderse hasta el límite de 18,6 keV. Por otro lado, si el neutrino tiene masa, entonces siempre debe llevarse al menos la cantidad de energía equivalente a su masa por E = mc 2 , y el espectro de electrones debe caer por debajo del límite de energía total y tener una diferente forma.
En la mayoría de los eventos de desintegración beta , el electrón y el neutrino transportan cantidades aproximadamente iguales de energía. Los eventos de interés para KATRIN, en los que el electrón toma casi toda la energía y el neutrino casi ninguna, son muy raros y ocurren aproximadamente una vez en un billón de desintegraciones. Para filtrar los eventos comunes para que el detector no se sobrepase, los electrones deben pasar a través de un potencial eléctrico que detiene todos los electrones por debajo de un cierto umbral, que se establece unos pocos eV por debajo del límite de energía total. Solo se cuentan los electrones que tienen suficiente energía para atravesar el potencial.
Los primeros resultados de la primera campaña de medición (del 10 de abril al 13 de mayo de 2019) se publicaron el 13 de septiembre de 2019. Pusieron el límite superior de la masa del neutrino electrónico en 1,1 eV. [7] [8]
A partir de septiembre de 2019, el experimento espera lograr 3 campañas de medición, cada una con 65 días de medición activa, en un año. El experimento calcula que se necesitan 1000 días de medición para alcanzar la sensibilidad objetivo de 0,2 eV (límite superior para la masa de neutrinos). Por tanto, los resultados finales se esperan en 5-6 años.
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 los neutrinos masivos, pero solo da un límite inferior débil. [9]
Junto con la posible observación de la desintegración beta doble sin neutrinos , KATRIN es uno de los experimentos con neutrinos con más probabilidades de producir resultados significativos en un futuro próximo.
enlaces externos
Referencias
- ^ "Experimentos reconocidos en el CERN" . Los Comités Científicos del CERN . CERN . Consultado el 20 de enero de 2020 .
- ^ "RE14 / KATRIN: el experimento de Karlsruhe Tritium Neutrino" . El 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 keV-mass en la desintegración β del tritio" . Procedia de Física . 62 : 267-273. Código bibliográfico : 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
- ^ Espectrómetro principal KATRIN Consultado el 14 de noviembre de 2016
- ^ Thümmler, T .; et al. (Colaboración KATRIN) (2010). "Introducción a las medidas directas de masa de neutrinos y KATRIN". Física nuclear B: Suplementos de actas . 229-232: 146-151. arXiv : 1012.2282 . Código bibliográfico : 2012NuPhS.229..146T . doi : 10.1016 / j.nuclphysbps.2012.09.024 . S2CID 118585897 .
- ^ "Neutrinos, vacunas antigripales y fallo de Fukushima" . Naturaleza . 573 (7775): 468–469. 2019. Bibcode : 2019Natur.573..468. . doi : 10.1038 / d41586-019-02843-7 . PMID 31554997 .
- ^ www-kam2.icrr.u-tokyo.ac.jp/indico/event/3/contribution/27/material/slides/0.pdf
- ^ 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" . Las cartas de la revista astrofísica . 654 (1): L13 – L16. arXiv : astro-ph / 0609125 . Código bibliográfico : 2007ApJ ... 654L..13A . doi : 10.1086 / 510738 .
Coordenadas : 49 ° 05′45 ″ N 8 ° 26′10 ″ E / 49.09583 ° N 8.43611 ° E / 49.09583; 8.43611