Кіріспе
Антинейтрино массасын өлшеу эксперименті KATRIN - бұл тритийдің бета ыдырауынан шығарылатын электрондардың спектрін зерттеу арқылы электронды антинейтрино массасын sub eV дәлдікпен өлшеуді жүзеге асыратын кәсіпорынның немісша аббревиатурасы (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment). Бұл тәжірибе CERN-тің танылған эксперименті (RE14). Аппараттың өзегі 200 тонналық спектрометр. 2015 жылы осы спектрометрдің іске қосу өлшеулері аяқталды, оның негізгі вакуумдық, тарату және фондық қасиеттері сәтті тексерілді. Эксперимент 2016 жылдың қазан айында сынақтарды жүргізе бастады. 2018 жылдың 11 маусымында ашылу рәсімі өтті, онда эксперименттің алғашқы тритий өлшеуіштері (бұл 2018 жылдың ортасында "Тритийдің бірінші" немесе FT 2 апталық инженерлік жұмысы) жүргізілді. Сол кездегі тәжірибелік ұзақтығы 5 жыл болатын. Бірінші ғылыми өлшеулер (бірінші науқан деп аталады) 2019 жылдың 10 сәуірінде өтті. 2022 жылдың ақпан айында эксперимент 90% сенімділік деңгейінде mν < 0,8 eV c2 жоғарғы шегін жариялады.
KATRIN is a German acronym (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) for an undertaking to measure the mass of the electron antineutrino with sub eV precision by examining the spectrum of electrons emitted from the beta decay of tritium. The experiment is a recognized CERN experiment (RE14). The core of the apparatus is a 200 ton spectrometer. In 2015, the commissioning measurements on this spectrometer were completed, successfully verifying its basic vacuum, transmission and background properties. The experiment began running tests in October 2016. The inauguration took place 11 June 2018, with the first tritium measurements by the experiment (the so called First Tritium or FT 2 week engineering run in mid 2018). The projected experiment duration at the time was 5 years. The first science measurements (so called first campaign) took place 10 April 2019. In February 2022, the experiment announced an upper limit of mν < 0.8 eV c–2 at 90% confidence level.
Құрылыс және құрастыру
[[File:41567 2021 1463 Fig1 HTML. KATRIN сәуле желісі мен оның негізгі компоненттерінің бейнесі. Оның орнына сумен жүзіп, Дунайдан Қара теңізге дейін, Жерорта теңізі мен Атлант мұхиты арқылы Роттердамға дейін, содан Рейн өзенінен Карлсруэге дейін жеткізілді. Бұл 8600 км жолдың ұзақтығы Leopoldshafen кемежайларынан зертханаға дейінгі соңғы 7 км-ге дейін шектелген. Құрылыс 2010 жылға дейін бірнеше негізгі компоненттермен жақсы жүрді. Негізгі спектрометрді сынау бағдарламасы 2013 жылға, ал толық жүйелік интеграция 2014 жылға жоспарланған. Эксперимент бұрынғы Forschungszentrum Karlsruhe-де, қазіргі Karlsruhe Технологиялық Институтының Солтүстік кампусында өткізіледі.
Тәжірибе
Тритий бета ыдырауында шығарылған электрондардың энергия спектрі. Нейтриноның әртүрлі массалары үшін үш график көрсетілген. Бұл графиктер тек жоғары энергетикалық соңғы нүктеге жақын диапазонда ғана өзгереді; абсциссамен қиылысу нейтрино массасына байланысты. KATRIN эксперименті кезінде осы нүкте айналасындағы спектр нейтрино массасын алу үшін жоғары дәлдігімен өлшенеді. [[Файл:NeutrinoMassTimeline2022. Нейтриноның массасын әртүрлі эксперименттер арқылы өлшеудің уақыт сызығы. 2019 жылдың қыркүйегіне қарай эксперимент бір жылда 3 өлшеу науқанын жүзеге асыруға үміттенеді, олардың әрқайсысы 65 күн белсенді өлшеуден тұрады. Экспериментте 0,2 eV (нейтрино массасының жоғарғы шегі) мақсатты сезімталдығына жету үшін 1000 күн өлшеу қажет деп есептейді. Осылайша, соңғы нәтижелер 5-6 жылда күтіледі. 2022 жылғы ақпандағы жоғарғы шек mν < 0,8 eV c2 90% КЛ-де алдыңғы науқанмен бірге. Нейтриносыз қос бета ыдырауының мүмкін байқалуымен қатар, KATRIN жақын болашақта маңызды нәтижелер беретін нейтрино эксперименттерінің бірі болып табылады.