物理學家們朝著確定中微子的質量邁進了一步，中微子可能是所有基本粒子中最神秘的粒子。
德國卡爾斯魯厄氚中微子 (KATRIN) 實驗團隊報告稱，中微子的最大質量為 0.8 電子伏特。研究人員長期以來都有間接證據表明這些粒子的質量應該小於 1 電子伏特，但這是首次在直接測量中證明這一點。這些結果於 2 月 14 日在《自然·物理學》雜誌上發表。
KATRIN 在 2019 年報告的先前上限為 1.1 電子伏特。到目前為止，該實驗只能給出質量的上限。但研究人員表示，一旦在 2024 年完成資料收集，它或許能夠做出明確的測量，並且是世界上唯一能夠做到這一點的實驗。
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德國慕尼黑工業大學的理論粒子物理學家 Julia Harz 說：“如果 KATRIN 實驗能夠在達到其 0.2 電子伏特的靈敏度目標之前就確定中微子質量，那將是非常令人興奮的。”她補充說，特別是，這可以為如何改進宇宙學理論提供指導。
高能電子
KATRIN 測量由氚（氫的放射性同位素）的核衰變產生的中微子。當氚核嬗變成氦核時，它會噴射出一個電子和一箇中微子（或者更準確地說，是一個質量相等的粒子，稱為反中微子）。中微子丟失了，但電子被引導到一個 23 米長的鋼製真空室中，該真空室形狀像齊柏林飛艇，在那裡精確測量其能量。
電子攜帶了氚衰變過程中釋放的幾乎所有能量，但其中一部分能量隨中微子一起丟失。這個差值可用於計算粒子的質量。
KATRIN 2019 年的結果基於當年 4 月和 5 月的實驗初始執行，當時氚束的執行強度為其全強度的四分之一。最新的結果基於 2019 年晚些時候進行的首次全強度執行的資料。這些資料暗示上限為 0.9 電子伏特，當與早期結果結合時，上限降至 0.8 電子伏特。
儘管估計值已經收緊，但仍然無法報告中微子質量的下限。卡爾斯魯厄理工學院的粒子物理學家、KATRIN 成員 Magnus Schlösser 說，資料仍然不能排除質量為零的可能性。但其他證據線索，特別是來自宇宙學觀測的證據，表明中微子不可能是無質量的。
即使在 2024 年之後，KATRIN 仍然有可能無法測量中微子的最小質量：如果質量小於 0.2 電子伏特，則可能超出實驗的靈敏度範圍。
Schlösser 將這項探索比作西班牙征服者尋找神話中的黃金之城。“這就像尋找埃爾多拉多，”他說。“你縮小了找到它的可能性。”
本文經許可轉載，最初於 2022 年 2 月 14 日首次發表。