Iga sekund läbistavad iga Maal elavat inimest triljonid päikeselt ja teistest allikatest pärit neutriinod. Kuna neutriinod on ülikerged, puudub neil elektrilaeng ning need astuvad muu ilmaruumis leiduva ainega vastastikmõjju väga harva, need võiksid samal viisil läbistada isegi valgusaastate paksusi pliiseinu. Kummituslik olemus muudab nende tabamise ja uurimise väga raskeks.

Samas kujutavad need kaasaegse füüsika jaoks ühte tähtsamat juhtlõnga, mille kaudu jõuda paraegusest täpsema maailmakäsitluseni. Näiteks ennustab osakestefüüsika alustalaks olev standardmudel, et neutriinod on sarnaselt valgusele massitud. Teisalt võivad kolme tüüpi neutriinod muunduda ühest liigist teise, mis oleks massitute osakeste korral võimatu. Seega aitab neutriinode massi täpsem piiritlemine ja selle päritolu mõistmine leida teadlastel standardmudeli puudujääke.

Füüsikud on püüdnud mõõta neutriinode massi juba alates 1940ndatest saadik. Teatud radioaktiivse lagunemise korral kiirgab aatomituum välja kaks osakest: elektroni ja antineutriino. Vallanduvate elektronide kantavat energiat ülitäpselt mõõtes, saab leida ka neutriino massi. Nüüd kirjeldatud KATRIN-i eksperimendis kasutasid füüsikud selleks ülirasket vesiniku teisendit – triitiumi.

Kuigi eksperiment ise tugines samale aastakümneid vanale ideele nagu varasemad katsed, oli eksperiment kordades suurem. See võimaldas analüüsida miljardeid lagunemisi ning määrata täpsemalt elektronide energia spektri ülemise otsa kuju. Kui parimad varasemad triitiumil põhinevad eksperimendid suutsid näidata, et neutriino mass peab olema väiksem kui umbes kaks elektronvolti (eV), siis KATRIN-i viimane tulemus seadis ülempiiriks 0,45 eV.

Kuigi neutriinode täpne mass jäi veel määramata, aitab ülempiiri allapoole toomine KATRIN-i töörühma hinnangul heita kõrvale osa standardmudeli asemele pakutud teooriatest.

Samuti pakub mõõtmistulemus pidepunkti kosmoloogidele, kelle meetodid neutriinode massi hindamiseks on andnud vastuolulisi tulemusi. Äärmuslikul juhul on need isegi viidanud, et neutriinode mass on negatiivne, mis läheb vastuollu standardse kosmoloogilise mudeliga. Kuna KATRIN-i tulemus ei sõltu kosmoloogiliste mudelite keerukatest näiteks tumeenergia olemuse kohta tehtavatest eeldustest, aitab see kosmoloogidel oma mudeleid täpsustada.

KATRIN-i töörühm plaanib andmete kogumisega sel aastal jätkata. 1000 päeva jagu vaatlusandmeid võiksid parimal juhul välja selgitada, kas neutriinode mass on väiksem kui 0,2 elektronvolti. Kui neutriino mass osutub aga veel väiksemaks, võib vastust pakkuda KATRIN-i eksperimendi plaanitav täiendus KATRIN++. Samuti jätkuvad kosmoloogilised vaatlused nagu DESI uuring, mis püüavad hinnata neutriinode massi nende mõju kaudu universumi suuremõõtmelisele struktuurile.

Uuring ilmus ajakirjas Science.