Физики ограничили минимальный размер волнового пакета нейтрино

Физики из США, Канады, Португалии и Франции установили нижнее ограничение на размер волнового пакета нейтрино. Для этого они измерили энергетическую ширину ядра отдачи при распаде изотопа бериллия (⁷Be), внедренного в высокоточный сверхпроводящий туннельный переход, функционирующий как криогенный сенсор. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Несмотря на высокую распространенность во Вселенной, нейтрино до сих пор остается одной из наименее изученных фундаментальных частиц. Тому виной крайне низкое сечение взаимодействия нейтрино с другими частицами, поэтому их сложно регистрировать и изучать. Некоторые процессы ученые научились регистрировать лишь недавно. Поэтому физики до сих пор не знают точного значения некоторых параметров этих частиц. Например, такая ситуация сложилась с определением размеров волнового пакета нейтрино. Предыдущие ограничения, полученные на основе реакторных экспериментов по изучению осцилляций нейтрино, дают разброс по этому параметру в 13 порядков величины.

Группа физиков под руководством Кайла Лича (Kyle G. Leach) из Университета штата Мичиган и Стефана Фридриха (Stephan Friedrich) из Ливерморской национальной лаборатории установили нижнее ограничение на размер волнового пакета нейтрино. Для этого они внедрили положительные ионы бериллия (⁷Be⁺) в верхний танталовый слой многослойного суперпроводящего туннельного перехода, облучая его пучком ионов бериллия в течение 25 часов. Затем ученые охладили систему до 0,1 кельвина и исследовали спектр распадов бериллия до ядра лития (⁷Li) и электронного нейтрино. Физики измеряли ширину пика, соответствующего К-захвату с переходом в основное состояние. По словам ученых этот переход обладает наибольшей статистической значимостью среди всех возможных каналов распада, а также наименьшей неопределенностью и не имеет доплеровского уширения, как у перехода в возбужденное состояние.

Физики проанализировали ширину полученного пика и на основании законов о сохранении энергии и импульса определили нижнее ограничение на пространственную ширину волнового пакета нейтрино. Волновой пакет оказался не меньше чем 6,2 пикометра с доверительной вероятностью 95 процентов. По словам ученых, это примерно в 1000 раз больше размера ядра, в котором произошел распад.

Ученые продолжают изучать нейтрино и определять его параметры. Недавно мы писали о новом ограничении на массу этих частиц, полученном в прямом измерении в эксперименте KATRIN.