Физики давно знали об этом, заряженные частицы как электроны будут расти в магнитном поле и испускать радиацию. Но никто никогда не обнаруживал радиоволны, происходящие от единственного электрона кружения — до сих пор. Поразительные новые исследователи метода раньше делали, это могло бы когда-нибудь помочь физикам частицы ответить на вопрос, досаждавший им в течение многих десятилетий: Сколько делает призрачную частицу, названную нейтрино, весят?«Это – большое достижение самостоятельно, и мы действительно ждем встречи с этой технологией, развиваются в течение долгого времени», говорит Гидо Дрекслин, физик астрочастицы в Технологическом институте Карлсруэ в Германии, не вовлеченный в работу.
Для понимания эксперимента предположите, что электрон летит горизонтально через вертикальное магнитное поле. Это испытает поперечную силу, которая пропорциональна и ее скорости и силе области. Тот постоянный поперечный толчок заставит электрон бежать в кругах (см. диаграмму).
Но то превращение также заставит электрон излучать электромагнитные волны, очень поскольку влажное кухонное полотенце сбросит капли воды при кружении его выше головы. Конечно, радиация иссушит энергию электрона, так, чтобы это постепенно росло внутрь.Этот результат понимался в течение века. Это используется для генерации лучей рентгеновских лучей путем отправки электронов, участвующих в гонках вокруг круглых ускорителей частиц, известных как синхротроны.
Такая радиация также происходит от циркулирующих частиц в межзвездном пространстве. Теперь, 27 физиков с Проектом 8, эксперимент, базируемый в университете Вашингтона, Сиэтла, обнаружили радиацию от единственного электрона. «Я думал, конечно, что кто-то, должно быть, сделал это», говорит Брент Вэндевендер, ядерный физик и член команды из Тихоокеанской Северо-западной Национальной Лаборатории в Ричленде, Вашингтон. «Я смотрел и смотрел и смотрел в литературе и ничего не мог найти».
Для обнаружения миллионного из сигнала нановатта бригаде Проекта 8 был нужен источник электронов с определенной энергией, средством сбора радиации и ультрачувствительных усилителей для ощущения сигнала. Для получения электронов они начали с бусинок, покрытых металлическим рубидием 83, который подвергается радиоактивному распаду для производства криптона 83 газа.
Исследователи заманили в ловушку газ в клетке размера пальца. Каждое возбужденное ядро криптона тогда подверглось внутренней реструктуризации, заставившей атом выгонять электрон с удельной энергией.Электрон кружился бы в области, обеспеченной магнитом со сверхпроводящей обмоткой, и изошел бы.
Кардинально, клетка, в которой это двигалось по кругу, была «гидом волны», своего рода трубопровод, разработанный для переноса электромагнитных волн в правильном частотном диапазоне — 25 гигагерцев к 27 гигагерцам — к цепочке малошумящих усилителей. Бригада смогла отследить радиацию от единственного электрона для нескольких миллисекунд — достаточно долго, чтобы видеть, что его частота постепенно увеличивается, поскольку электрон рос внутрь, как исследователи сообщают на этой неделе в Physical Review Letters.Физики частицы долго были в состоянии измерить энергии единственных электронов, сказать путем наблюдения, что они врезались в кристаллы, испускающие свет в пропорции к энергии электрона.
Но те методы обычно абсорбируют электрон, отмечает Вэндевендер. Новый метод открывает путь к измерению энергии электрона «непагубно», не абсорбируя его.Бригада Проекта 8 надеется использовать метод для измерения массы все еще таинственных частиц, известных как neutrinos, говорит Вэндевендер. Они планируют изучить ядро трития, содержащее один протон и два нейтрона.
Это подвергается процессу, названному порчей беты, в которой нейтрон превращается в протон при выкладывании нейтрино и электрона. Почти необнаружимое нейтрино и электрон разделят энергию, выпущенную в порче с разделением, варьирующимся беспорядочно от одной порчи до следующего.
Путем измерения максимальной энергии электронов исследователи могут вывести минимальную энергию neutrinos, и следовательно массу нейтрино.Физики знают, что масса нейтрино должна составить наименьшее количество 50 миллиэлектрон-вольт (meV), или о 1/10,000,000 масса электрона. Поэтому neutrinos прибывают в три различных типов или ароматы, в зависимости от того, как они сгенерированы, и различные ароматы могут превратиться в друг друга.
Такие «колебания нейтрино» возможны, только если различные ароматы имеют различные массы. Одновременно, исследования развития вселенной предлагают, чтобы neutrinos имели массу меньше чем 230 meV.
Но до сих пор — несмотря на десятилетия усилия — прямые измерения порчи беты показывают только, что neutrinos взвешивают меньше чем 2 000 meV.В ближайшем будущем, однако, физики с Экспериментом Нейтрино Трития Карлсруэ (KATRIN) планируют сделать измерения трития в 10 раз более чувствительными использующими более стандартными методами. Они должны начать брать данные в следующем году, говорит Дрекслин, co-представитель бригады KATRIN. «Я не вижу [Проект 8] как соревнование KATRIN, но как больше будущей возможности пойти вне его», говорит Дрекслин.
Однако, он отмечает, много членов бригады Проекта 8 являются также членами бригады KATRIN, и возможно, что в будущем эти два метода могли бы быть объединены.*Исправление, 22 апреля, 11:43: диаграмма была изменена для показа правильной ориентации магнитного поля.