Determination of Absolute Neutrino Mass Using Quantum Technologies

使用量子技术测定中微子绝对质量

基本信息

  • 批准号:
    ST/T006307/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 76.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The neutrino is the most abundant matter particle in the universe, and yet we do not know how much it weighs. We know that this particle, which carries 99% of the energy released in supernova explosions and has played an important role in the evolution of the early universe, has an anomalously small mass but we also know that it cannot weigh nothing. It is therefore imperative that we measure this, the last unknown mass in the Standard Model of particle physics.We cannot measure the neutrino mass directly in the laboratory. Rather, we try to constrain as precisely as possible the energy that has gone into creating the neutrino in processes such as nuclear beta-decay. Einstein's famous equation then tells us how to calculate the neutrino mass. Since the neutrino escapes undetected, the experimental task involved in measuring the minimum neutrino energy is actually to measure the maximum energy carried by all of the other particles. The most promising system to use is tritium, in which the proton inside a normal hydrogen nucleus is accompanied by two neutrons. Tritium beta-decays with a half-life of 12.3 years and a very small decay energy of 18.6 kilo-electron-volts; the fact that this decay energy is so small makes it uniquely sensitive to the tiny neutrino mass.We will need to develop techniques for trapping very large populations of tritium and measuring with exquisite sensitivity the energy of beta-decay electrons. As a first step we will use deuterium, which is much easier to handle than radioactive tritium. We will magnetically decelerate beams of deuterium into very well characterised magnetic traps. Electrons generated inside the trap will undergo circular motion and in so doing will emit microwave radiation. We will develop the quantum sensors that are capable of detecting the vanishingly low-power signals that are generated in this way. The ultimate aim of this project is to show that we have, in principle, the technologies required for a much larger experiment that would have sensitivity to all possible values of the neutrino mass. Such an experiment could perhaps be hosted in the UK where, at the Culham Centre for Fusion Energy, world-leading facilities for handling large tritium inventories exist and are being further developed.
中微子是宇宙中最丰富的物质粒子,但我们不知道它有多重。我们知道,这种粒子携带着超新星爆炸释放的99%的能量,在早期宇宙的演化中发挥了重要作用,它的质量异常小,但我们也知道它不可能没有重量。因此,我们必须测量粒子物理标准模型中最后一个未知的质量。我们无法直接在实验室中测量中微子质量。相反,我们试图尽可能精确地限制在核β衰变等过程中产生中微子的能量。爱因斯坦著名的方程告诉我们如何计算中微子质量。由于中微子逃逸而未被检测到,测量最小中微子能量所涉及的实验任务实际上是测量所有其他粒子携带的最大能量。最有希望使用的系统是氚,其中正常氢核内的质子伴随着两个中子。氚β衰变的半衰期为12.3年,衰变能非常小,为18.6千电子伏特;事实上,这种衰变能量如此之小,使其对微小的中微子质量特别敏感。我们需要开发捕获大量氚的技术,并以极高的灵敏度测量β衰变电子的能量。作为第一步,我们将使用氘,它比放射性氚更容易处理。我们将以磁力方式将氘束减速到特征良好的磁陷阱中。陷阱内产生的电子将进行圆周运动,从而发射微波辐射。我们将开发能够检测以这种方式产生的微乎其微的低功率信号的量子传感器。该项目的最终目标是表明,原则上我们拥有进行更大规模实验所需的技术,该实验将对中微子质量的所有可能值都具有敏感性。这样的实验也许可以在英国举办,那里的卡勒姆聚变能源中心拥有世界领先的处理大量氚库存的设施,并且正在进一步开发。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quantum analysis of second-order effects in superconducting travelling-wave parametric amplifiers
超导行波参量放大器二阶效应的量子分析
Nonlinear mechanisms in Al and Ti superconducting travelling-wave parametric amplifiers
Al 和 Ti 超导行波参量放大器中的非线性机制
  • DOI:
    http://dx.10.1088/1361-6463/ac782e
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhao S
  • 通讯作者:
    Zhao S
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Zhao S
  • 通讯作者:
    Zhao S
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Withington S
  • 通讯作者:
    Withington S
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  • DOI:
    http://dx.10.48550/arxiv.2202.11656
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhao S
  • 通讯作者:
    Zhao S
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知道了