中微子最新“体重”上限来了

KATRIN实验的主光谱仪。

本报讯 在一项新研究中，德国卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验为中微子“称重”，重新设定了这种“幽灵粒子”的质量上限——0.45电子伏特（eV），即不到电子质量的百万分之一。而电子是已知第二轻的粒子，质量为51.1万eV。相关研究4月10日发表于《科学》。

迄今为止，中微子是唯一质量未知的基本粒子。德国马克斯·普朗克核物理研究所的物理学家Susanne Mertens说，相关测量可以为阐明粒子最初是如何获得质量的提供关键线索——是通过希格斯玻色子，还是其他一些尚未发现的机制。此外，这项研究还有助于揭示宇宙大爆炸产生的中微子是如何影响星系形成的。

KATRIN实验是粒子物理学家为中微子量身打造的一台最灵敏的“体重秤”，于2018年6月正式运行。

KATRIN实验通过观察氚的放射性研究中微子。氚是氢的一种放射性同位素，其原子核中有两个中子和一个质子。当氚衰变时，会发射出一个电子和一个反中微子，后者是中微子的反粒子，科学家认为它们具有相同的质量。

反中微子可以不受阻碍地穿过物质，因此会丢失。但KATRIN实验通过让剩余电子在一个23米长、形似飞艇的真空密封探测器内运动来研究其能量范围。

德国海德堡大学的物理学家Loredana Gastaldo说，这个概念在纸上推论很容易，但实际操作很难。研究团队必须破解许多技术难题，才能“驯服”他们的设备。

KATRIN实验上一次发布中微子质量上限是在2022年，为0.8eV。而这次，在研究了259天的数据后，Mertens和同事将这一上限估值减少了近一半。

KATRIN实验计划于今年晚些时候完成下一次数据收集。一旦研究人员完成了1000天的观测值分析，预计可以使中微子的质量上限估值降低至0.3eV，甚至0.2eV。

德国卡尔斯鲁厄理工学院的物理学家Alexey Lokhov说，如果中微子质量接近1eV，那么像KATRIN这样的实验可能会确定实际的值；如果并非如此，那么将需要更敏感的实验设备，包括用未来升级版的KATRIN++进行更精确的测量。（徐锐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adq9592