Para medir la masa de neutrinos, los científicos estudian las desintegraciones radiactivas en las que se emiten. Un ingrediente esencial es la energía de desintegración que corresponde a la diferencia de masa entre los núcleos madre e hija. Esta energía de desintegración debe conocerse con la máxima precisión. AEl equipo de científicos ahora logró resolver una severa discrepancia de la energía de descomposición del isótopo de holmio artificial Ho con número de masa 163. Se descompone por captura de electrones al disprosio-163 estable 163 Dy y parece muy adecuado para medir la masa de neutrinos.El equipo preparó muestras puras de 163 Ho y 163 Dy y midió directamente su diferencia de masa con alta precisión utilizando el espectrómetro de masas Penning-trap SHIPTRAP. Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en Cartas de revisión física .
Los neutrinos están en todas partes. Cientos billones de neutrinos atraviesan a cada humano por segundo, pero una de sus propiedades fundamentales, es decir, su masa, aún se desconoce. Si bien el modelo estándar de física de partículas predice que los neutrinos no tienen masa, las observaciones demuestran que los neutrinos debentienen una masa pequeña. Al estudiar las masas de neutrinos, los científicos exploran así la física más allá de este modelo estándar que de otro modo sería tan exitoso. Hasta ahora, solo se podían determinar los límites superiores de la masa de neutrinos, lo que confirma que es pequeña. Esto hace que la medición directa de masa sea un desafíotarea, pero la espectroscopía de la desintegración beta radiactiva o la captura de electrones en los núcleos adecuados es uno de los enfoques más prometedores. Toda la radiación emitida en la desintegración radiactiva se puede medir con precisión, con la excepción del neutrino fugaz, que escapa a la detección.deducido de comparar la suma de toda la radiación detectable con la disponible para la descomposición.
Un isótopo artificial de holmio, con número de masa 163, está en el centro de varias grandes colaboraciones destinadas a extraer la masa de neutrinos de las mediciones de la energía emitida en la desintegración de captura de electrones de 163 Ho al establo 163 Dy. Actualmente a la cabeza está la Colaboración ECHo, centrada en la Universidad de Heidelberg. Una aclaración previa sobre los diversos valores informados para el 163 La energía de descomposición de Ho es obligatoria. Los valores que abarcan el rango bastante amplio de aproximadamente 2,400 a 2,900 electronvoltios eV se han publicado en las últimas décadas a partir de mediciones indirectas realizadas utilizando diferentes métodos. El valor recomendado en las tablas de datos está en la parte inferiorfinal de esta banda, pero los resultados más recientes son unos 100 eV más altos que este valor recomendado, lo que pone en duda su validez. En esta situación, un intento de medir la masa de neutrinos de la 163 Ho decae es cuestionable
Para resolver este rompecabezas, un equipo de físicos, químicos e ingenieros de Alemania, Rusia, Suiza y Francia combinó su experiencia e instrumentación única: mientras que el disprosio natural contiene cantidades suficientes de 163 Dy, muestras de 163 Ho, que no ocurre en la naturaleza, primero tuvo que prepararse a partir de erbio natural enriquecido 162 Er por irradiación intensa de neutrones en el reactor de investigación de alto flujo en el Instituto Laue Langevin en Grenoble en Francia. La purificación y el procesamiento de la muestra se realizaron en el Instituto Paul Scherrer Villigen en Suiza y en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz.
La diferencia de masa atómica de 163 Ho y 163 Dy se midió directamente usando el espectrómetro de masas de trampa de penetración SHIPTRAP en el GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research en Darmstadt. Basado en la equivalencia de masa y energía según la famosa ecuación E = mc de Albert Einstein 2 , la diferencia de masa se traduce en la energía disponible para la desintegración. "Para determinar las masas de holmio y disprosio, medimos las frecuencias del movimiento circular de sus iones en el fuerte campo magnético de la trampa de iones, utilizando la novedosa imagen de faseLa técnica de resonancia de ciclotrón iónico, que permite mediciones con la máxima precisión ", explicó el científico principal, el Dr. Sergey Eliseev, del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg." Este movimiento circular se proyecta en un detector sensible a la posición de una manera que inclusopequeñas diferencias de masa se pueden determinar mucho más rápido y con mayor precisión en comparación con los métodos anteriores ". 163 Ho y 163 Dy se midieron alternativamente en intervalos de cinco minutos durante varios días.
Un procedimiento de promedio resultó en un valor final de la energía de descomposición de 2.833 eV con una incertidumbre de solo unas pocas decenas de eV. Esto confirma los resultados recientes, resuelve la discrepancia de larga data y, por lo tanto, proporciona confianza al enfoque propuesto porla colaboración ECHo ". Para las estadísticas esperadas en la primera fase del experimento ECHo llamado ECHo-1k, financiado por la Fundación Alemana de Investigación DFG con una Unidad de Investigación, alcanzaremos una sensibilidad por debajo de 10 eV para la masa de neutrinos, queestá más de un factor por debajo del límite superior actual ", explicó la portavoz de ECHo, Dra. Loredana Gastaldo, de la Universidad de Heidelberg.
Dentro de la Colaboración ECHo, un grupo de investigación encabezado por el Profesor Christoph E. Düllmann del Instituto de Química Nuclear junto con colegas del reactor de investigación TRIGA en la Universidad de Mainz han sido responsables de la producción y preparación del suministro necesario de 163 Ho. "Nuestra producción exitosa de 163 Las muestras de Ho para estos estudios son un paso importante hacia la preparación de muestras adecuadas para una medición sensible de la masa de neutrinos ", dijo Düllmann." Para esto, introduciremos otro nivel de limpieza de las muestras. En cooperación con elgrupo del profesor Klaus Wendt en el Instituto de Física de JGU, explotaremos el separador de masa RISIKO basado en Mainz para recibir muestras de la más alta pureza, ya que son necesarias para los experimentos previstos ".
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Materiales proporcionado por Universität Mainz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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