KATRIN

KATRIN

KATRIN,是粒子物理學家為中微子量身打造的一台最靈敏“體重秤”。

於2018年6月11日正式開始運行。

簡介,實驗,

簡介

儀器的總長大約70米,分為五大部分:
氚源(Tritium source):氣態氚被儲藏在這裡,並以每秒1011次的速率發生β衰變;
運輸部分(Transport section):電子被單獨分開來,其他“無用的”粒子(氚分子、氦分子)被淘汰;
前能譜儀(Pre spectrometer):小於18.3 keV的低能電子,因為對實驗結果沒什麼用,被淘汰掉,只有10億分之一的電子能進入下一階段;
主能譜儀(Spectrometer):剩下的高能電子被輸送進高能磁場。受到電磁效應,不同能量的電子的路徑被彎曲到不同方向。
探測儀(Detector):最終,篩選後的電子和它們的能量被記錄下來。

實驗

KATRIN就是粒子探測中目前靈敏度最高的實驗。它試圖通過觀測β衰變來尋找答案。
β衰變是弱核力作用的結果,在這個過程中,一個中子衰變成三個粒子:質子、電子、反中微子(n → p + e +ν-e)。中微子能量無法直接測量,但通過電子能譜,可以反推出它帶走的能量。根據能量守恆定理,電子的能量等於中子和質子的能量差,再減去中微子帶走的能量(Ee = En - Ep - Eν)。在中微子動能為零時,帶走的能量最低,等於它本身的靜止質量(牢記E=mc2,能量=質量x光速平方,質量就是能量!)。
也就是說,如果我們可以精確測量到電子能譜高能的“終點”,就可以推算出中微子的質量。
KATRIN通過β衰變來限制中微子質量。左圖為電子能譜,右圖為放大圖,藍線為零質量能譜,紅線為中微子質量為1 eV的能譜圖。灰色小三角顯示的“失去的能量”等於中微子的靜止質量。
KATRIN

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