큰 전자 계수기는 물리학에서 가장 미끄러운 것으로 알려진 입자의 측정을 간접적으로 증가시켜 암흑 물질에 대한 증거를 추가했습니다.
이 측정은 우주를 채우고 그 구조를 결정하는 입자 인 중성미자 질량을 측정하려는 국제적 노력의 첫 번째 결과이지만, 거의 감지 할 수는 없습니다. 독일에 기반을 둔 Karlsruhe Tritium Neutrino 실험 (KATRIN)에 따르면 Neutrinos는 전자 질량의 0.0002 %를 넘지 않습니다. 그 숫자는 너무 낮아서 우리가 우주의 모든 중성미자를 키우더라도 누락 된 질량을 설명 할 수 없었습니다. 그리고 그 사실은 암흑 물질의 존재에 대한 증거 더미에 추가됩니다.
KATRIN은 기본적으로 방사성 형태의 수소 인 삼중 수소 샘플에서 터지는 초고 에너지 전자를 계산하기위한 매우 큰 기계입니다. 각 원자에 하나의 양성자와 두 개의 중성자가 있습니다. 삼중 수소는 불안정하고 중성자는 전자 중성미자 쌍으로 붕괴된다. KATRIN은 중성미자가 정확하게 측정하기에 너무 희미하기 때문에 중성미자가 아닌 전자를 찾습니다. 워싱턴 대학 (University of Washington)의 KATRIN 과학자이자 교수 인 Hamish Robertson에 따르면이 기계는 삼중 수소 가스를 사용한다고한다.
뉴트리노는 질량이 거의없고 상호 작용하지 않고 감지기를 건너 뛰는 경향이 있기 때문에 스스로 측정하는 것이 다소 불가능합니다. 로버트슨 (Robertson)은 중성미자의 질량을 알아 내기 위해 KATRIN은 가장 활발한 전자를 세고 그 수에서 거꾸로 작동하여 중성미자의 질량을 추론한다고 Live Science에 말했다. KATRIN의 첫 번째 결과가 발표되었으며, 연구원들은 초기 결론을 내렸다. 뉴트리노는 질량이 1.1 전자 볼트 (eV)를 넘지 않는다.
전자 볼트는 우주에서 가장 작은 것들에 대해 이야기 할 때 질량과 에너지 물리학 자들이 사용하는 단위입니다. (기본 입자의 규모에서, 에너지와 질량은 동일한 단위를 사용하여 측정되며, 중성미자-전자 쌍은 소스 중성자에 상응하는 결합 된 에너지 레벨을 가져야합니다.) 다른 입자를 질량으로 빌려주는 iggs 스 보손은 1,240 억 EV의 질량. 원자 중심의 입자 인 양성자는 질량이 약 9 억 1 천 9 백만 eV입니다. 전자는 단지 510,000 eV입니다. 이 실험은 중성미자가 엄청나게 작은 것을 확인시켜줍니다.
KATRIN은 매우 큰 기계이지만 그 방법은 간단하다고 Robertson은 말했다. 이 장치의 첫 번째 챔버는 기체 삼중 수소로 가득 차 있는데,이 중성자는 중성자가 전자와 중성미자로 자연적으로 붕괴합니다. 물리학 자들은 중성자가 붕괴 될 때 얼마나 많은 에너지가 관련되어 있는지 이미 알고 있습니다. 일부 에너지는 중성미자의 질량과 전자의 질량으로 변환됩니다. 나머지는 새로 생성 된 입자에 부어 져서 얼마나 빨리 진행되는지를 지시합니다. 일반적으로이 추가 에너지는 전자와 중성미자 사이에 균등하게 분배됩니다. 그러나 때로는 나머지 에너지의 대부분 또는 전부가 한 입자 또는 다른 입자로 버려집니다.
이 경우, 중성미자와 전자가 형성된 후에 남은 모든 에너지가 전자 파트너에 덤핑되어 초고 에너지 전자를 형성한다고 Robertson은 말했다. 그것은 중성미자의 질량이 계산 될 수 있음을 의미합니다. 그것은 중성자 붕괴와 관련된 에너지에서 전자의 질량을 빼고 실험에서 전자의 최대 에너지 수준입니다.
실험을 디자인 한 물리학 자들은 중성미자를 측정하려고하지 않았다. 그것들은 손대지 않고 기계를 빠져 나갈 수 있습니다. 대신에,이 실험은 전자를 분광계 라 불리는 거대한 진공 챔버로 유입시킨다. 그러면 전류는 가장 높은 에너지 전자 만이 통과 할 수있는 매우 강한 자기장을 생성합니다. 그 챔버의 다른 쪽 끝에는 전자가 필드를 통해 얼마나 많은 전자를 만드는지를 계산하는 장치가 있습니다. 로버트슨은 KATRIN이 자기장 강도를 천천히 증가시키면서 통과하는 전자의 수는 거의 0으로 줄어드는 것처럼 줄어들 것이라고 말했다. 그러나 전자 에너지 레벨의 스펙트럼 끝에서 무언가가 발생합니다.
로버트슨은“중성미자의 질량은 전자에 의해 도난 당할 수 없기 때문에 스펙트럼이 갑자기 종말점에 도달하기 전에 갑자기 죽는다”고 말했다. 중성미자의 질량은 스펙트럼의 맨 끝에서 누락 된 적은 양의 에너지보다 작아야합니다. 그리고 몇 주간의 실험 후에, 실험자들은 그 수를 물리학 자들이 이전에 알고 있던 수의 절반으로 줄였습니다.
중성미자가 질량을 가졌다는 생각은 혁신적입니다. 로버트슨 (Robertson)은 중성미자가 일단 주장 된 적이 없다면, 아 원자 세계를 묘사하는 주요 물리 이론 인 표준 모델 (Standard Model)을 지적했다. 1980 년대까지 러시아와 미국의 연구자들은 중성미자 질량을 측정하려고했지만 결과는 문제가 많고 부정확했습니다. 한 시점에서 러시아 연구자들은 중성미자 질량을 정확히 30eV로 고정했습니다.이 숫자는 중성미자를 우주의 거대한 중력 구조를 설명하고 누락 된 질량을 채울 수있는 누락 된 링크로 드러내는 좋은 숫자입니다. 그것은 틀린 것으로 판명되었습니다.
Robertson과 그의 동료들은 희미하게 방사성 물질이 과학에 이용 가능한 가장 정확한 중성자 붕괴 원을 제공한다는 것을 깨달은 후 처음으로 기체 삼중 수소 작업을 시작했다.
로버트슨은“이것은 오래간만에 찾아왔다. "30eV의 러시아 측정은 우주를 중력으로 닫았 기 때문에 매우 흥미로웠다. 그리고 그 이유 때문에 여전히 흥미 롭다. 뉴트리노 스는 우주론에서 큰 역할을하며 아마도 우주의 대규모 구조를 형성했을 것이다."
희미한 입자는 모두 중력으로 다른 모든 것을 잡아 당기고 다른 모든 물질에서 에너지를 가져와 빌려줍니다. 로버트슨은 질량수가 줄어들면서이 작은 입자들의 정확한 역할이 더 복잡해 졌다고 말했다.
연구원에 따르면 1.1 eV 수는 흥미 롭습니다. 실험적으로 도출 된 최초의 중성미자 질량수가 나머지 우주의 구조 자체를 설명하기에 충분히 높지 않기 때문입니다.
"아직 우리가 아는 것이없는 물질이있다.이 암흑 물질이있다"며, 우리가 알고있는 중성미자로 만들어 질 수 없다고 그는 말했다.
따라서 독일의 큰 진공실에서 나온이 작은 숫자는 우주에 물리학이 아직 이해하지 못하는 요소가 있다는 증거 더미를 적어도 추가합니다.
