Fizikçiler, "hayalet parçacık" olarak da bilinen, yakalanması zor nötrinonun mümkün olan en yüksek kütlesini önemli ölçüde aşağı çekti. Yeni belirlenen üst sınır, bir elektronun kütlesinin milyonda birinden bile daha düşük bir değere işaret ediyor. Bu gelişme, bilim insanlarını parçacık fiziğinin temel taşı olan Standart Model'i değiştirebilecek, hatta temelden sarsabilecek bir keşfe bir adım daha yaklaştırıyor.
Evrenimiz, bu hayalet madde parçacıklarıyla dolu. Her saniye, vücudumuzun her santimetrekaresinden yaklaşık 100 milyar nötrino geçiyor. Bu parçacıklar; yıldızların nükleer ateşinde, devasa yıldız patlamalarında, radyoaktif bozunmalarda ve Dünya'daki parçacık hızlandırıcılar ile nükleer reaktörler gibi birçok farklı kaynak tarafından üretiliyor.
Kozmostaki en yaygın madde formu olmalarına rağmen, nötrinoların diğer madde türleriyle son derece zayıf etkileşimleri onları tespit etmeyi inanılmaz derecede zorlaştırıyor. Öyle ki, Standart Model'deki kesin kütlesi hala tam olarak bilinmeyen tek parçacık nötrinodur.
Bu kütleyi bulmak, evren anlayışımız üzerinde derin bir etkiye sahip olabilir. Standart Model, tüm deneysel ipuçlarına rağmen nötrinoların hiç kütlesi olmaması gerektiğini öngörüyor. Dolayısıyla, nötrinonun kütlesinin kesin olarak belirlenmesi, bu modelde yeni fizik kuramlarına kapı aralayacak bir gedik açabilir. Hatta bu keşif, en başta neden var olduğumuz gibi temel bir soruyu bile yanıtlayabilir.
Almanya'daki Karlsruhe Trityum Nötrino (KATRIN) deneyinden elde edilen yeni bulgular, bu hedefe doğru önemli bir adım attı. Hayalet parçacığın kütlesi için yeni üst sınır 0,45 elektronvolt (eV) olarak belirlendi. Bu değer, deneyin önceki üst sınırını neredeyse yarıya indiriyor. Araştırmacılar sonuçlarını prestijli bir bilim dergisinde yayınladılar.
Nötrinolar, etkileşime girdikleri farklı parçacıklara göre elektron, müon ve tau nötrinosu olarak adlandırılan üç farklı 'çeşni' durumunda bulunurlar. Bu çeşni durumlarının, farklı kütle durumlarının karışımı olduğuna inanılıyor. Nötrinoların kütlesi olduğuna dair en güçlü kanıt ise, tuhaf bir şekilde hareket halindeyken anlık olarak çeşnilerini değiştirebilmeleridir. Bu keşif, 2015 yılında kaşiflerine Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırmıştı.
Ancak bu kütle akıl almaz derecede küçüktür ve fizikçilerin bunun nedenine dair henüz sağlam bir açıklaması bulunmuyor.
Bir cevap bulmak amacıyla, yeni araştırmanın arkasındaki fizikçiler, kararsız bir hidrojen izotopu olan trityumun radyoaktif bozunumlarını inceledi. Trityum, bir elektron ve bir elektron antinötrinosuna (elektron nötrinosunun antimadde karşılığı) bozunur.
Nötrinolar veya antinötrinolar doğrudan tespit edilemese de, kütlelerinin eşlik eden elektronun hızından 'çaldığı' enerji ölçülebilir. KATRIN araştırmacıları, deney düzeneğinin diğer ucundaki dedektöre ulaşan tam 36 milyon elektronu tespit etti. Bu sayede, elektron antinötrinosunun maksimum kütlesini çıkarabildiler.
Bu yeni üst sınır belirlenmiş olsa da, fizikçiler nötrino kütlesini daha da hassas bir şekilde belirlemek için 2025 sonuna kadar veri toplamaya devam edecekler.
Bu sırada, diğer bilim insanları da benzer trityum bozunumlarını kullanarak, pion ve kaon adı verilen diğer parçacıkların bozunumlarını inceleyerek ve hatta evrenin ilk zamanlarından kalma kadim şok dalgalarını gözlemleyerek nötrino kütlesini araştırıyorlar. Bulacakları şey, evrene dair resmimizi daha net hale getirebilir veya onu sonsuza dek değiştirebilir.
