Приложение 1. Измерение массы нейтрино.

- наименьшей возможной энергией ?-распада;
- простотой получения тритированных соединений;
- надежностью вычислений систематики, связанной с атомарными и даже молекулярными эффектами.

Рис. 7. Хронология поиска массы нейтрино в ?-распаде трития.
Один из первых экспериментов с тритием выполнили в 1949 г. Б.М. Понтекорво и Г. Ханна с помощью пропорционального счетчика, наполненного тритированным метаном. Они получили верхнюю границу для массы нейтрино в 1 кэВ.В 1952 г. Лэнжер и Моффат исследовали ?-спектр трития с помощью магнитного спектрометра и получили для верхнего предела массы нейтрино 250 эВ. В работе использовался тонкий (0.5 мкг/см2) источник, приготовленный выпариванием янтарной кислоты, насыщенной тритием. Дальнейший прогресс в опенке верхней границы массы нейтрино связан с усовершенствованием метода магнитного спектрометра. На этом пути Бергквист в 1972 г. получил ограничение 55 эВ, а Е.Ф. Третьяков и др. Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) в 1976 г. получили рекордное для того времени значение 35 эВ.
Принципиально новый шаг был сделан после дополнительного усовершенствования магнитного спектрометра в 1980-81 гг. В.Л. Любимовым с сотрудниками (ИТЭФ), которые получили ограничение на значение массы нейтрино не только сверху, но и снизу: 14эВ < m?c2 < 46эВ. Особенностью данного эксперимента было использование в качестве источника электронов не атомарного трития, а валина1, в котором 2-3 атома водорода были заменены тритием. Эти результаты тщательно анализировались, и до получения новых экспериментальных данных не было уверенности, что в нем содержится какая-то ошибка. В последовавших экспериментах Цюрихской группы, группы Токийского университета и Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1990-92 гг эффект ненулевой массы был опровергнут. Использование тритированного твердого источника (валина), могло привести к не учитываемому искажению формы спектра электронов. Несмотря на то, что дальнейшие эксперименты не подтвердили существование нижней границы массы нейтрино, эта работа имела важное значение. Поскольку активизировала проведение новых экспериментов по более прецизионному измерению края спектра трития.
В 1982 г. В.М. Лобашев с сотрудниками из Института ядерных исследований (ИЯИ г.Троицк) предложили использовать бутылкообразную магнитную ловушку (рис. 7), поместив источник (газообразный молекулярный тритии) с одной ее стороны (в пробке) в область максимального поля, а детектор электронов - с другой.

Рис. 8. Принцип работы спектрометра. Н – напряженность магнитного поля, S – площадь поперечного сечения
Фильтрация электронов от распада трития по энергии производилась электростатическим полем, находящимся в области слабого магнитного поля. Такая геометрия эксперимента позволила значительно увеличить светосилу установки и существенно снизить фон, связанный с ионной бомбардировкой стенок вакуумной камеры, неизбежной в чисто электростатическом варианте спектрометра. Энергетическое разрешение этого спектрометра – это линейная ступенька шириной 3.5 эВ существенно лучше, чем у спектрометра, использованного группой Любимова из ИТЭФ – 20 эВ (ширина на полувысоте) с длинным хвостом в область низких энергий. Эксперименты в ИЯИ начались в 1994 г. и к 2001 г было поставлено ограничение на массу нейтрино на уровне 2.2 эВ/с2 при 95% достоверности.
Аналогичный вариант спектрометра разработан в университете города Майнц (Германия). Его создание началось в 1986 г. Только вместо газообразного источника использован намороженный тритий.
В настоящее время разрабатывается проект спектрометра КАТРИН в исследовательском центре Карлсруэ (Германия). Это увеличенная копия установки ИЯИ и с заметно лучшим разрешением около 1 эВ, и большей светосилой почти в 50-70 раз.