Experiment KATRIN pátrá i po sterilních neutrinech

Některé oscilační experimenty naznačují, že kromě tří hmotnostních stavů neutrin, ze kterých jsou složena aktivní neutrina  ν_e, ν_µ a ν_τ, by mohl existovat ještě čtvrtý hmotností stav m₄.

Jemu odpovídající tzv. sterilní neutrino by sice necítilo slabou interakci Standardního modelu částicové fyziky, ale projevilo by se nejen v oscilačních experimentech, ale i změnou tvaru spojitého spektra záření beta. Z charakteristického výběžku v tomto spektru by bylo možné stanovit jak energii stavu m₄, tak i jeho příměs k aktivním neutrinovým stavům. Dosavadní beta spektroskopická měření však žádná sterilní neutrina neprokázala.

Mezinárodní experiment KATRIN, kterého se účastní i vědci z ÚJF AV ČR, je zaměřen především na hmotnost elektronového neutrina. Z jeho prvního měsíčního měření spektra beta tritia vyplynula pro tuto fundamentální veličinu zlepšená horní mez 1,1 eV [Phys. Rev. Lett. 123, 221802 (2019)]. Nedávná analýza téhož spektra neprokázala žádná sterilní neutrina s energií do 30 eV, jejichž příměs k aktivním neutrinům by převyšovala 2 % [Phys. Rev. Lett. 126, 091803 (2021)]. Citlivost KATRIN vůči aktivním i sterilním neutrinům se bude se vzrůstající expozicí dále zvyšovat.