物理学家已经实现了对幽灵粒子质量的最小测量：

今年早些时候，氢的衰变同位素为我们提供了迄今最小的中微子质量测量值。

通过测量氚 β 衰变期间释放的电子的能量分布，物理学家确定了电子反中微子的质量上限仅为 0.8 电子伏特。

公制质量为 1.6 × 10-36 千克，以英制计算非常非常小。

虽然我们仍然没有精确的测量，缩小范围让我们更接近于理解这些奇怪的粒子，它们在宇宙中扮演的角色，以及它们可能对我们当前的物理理论产生的影响。

德国卡尔斯鲁厄氚中微子实验 (KATRIN) 取得了这一成就。

“此处展示的 KATRIN 第二次中微子质量测量活动达到了亚电子伏级灵敏度，”研究人员在他们的论文中写道，发表于 2022 年 2 月。

“结合第一个活动，我们设置了一个改进的mν上限

中微子非常奇特。它们是宇宙中最丰富的亚原子粒子之一，类似于电子，但没有电荷且几乎没有质量。

这意味着它们很少与普通物质相互作用；事实上，数十亿现在正在通过你的身体。

这就是为什么我们称它们为幽灵粒子。这也使它们难以被发现。我们确实有一些检测方法——例如切伦科夫中微子探测器——但这些方法是间接的，捕捉经过的中微子的影响，而不是中微子本身。

所有这些都意味着测量接近零的质量这些粒子的研究是一项特别艰巨的挑战。

但是，如果我们能够测量这种特性，我们就能了解更多关于宇宙的知识。不幸的是，这也很难做到。你不能只是抓起一个小天平，在上面放一个中微子，然后收工。

KATRIN 利用不稳定 ra 的 β 衰变称为氚的氢放射性同位素，用于探测中微子的质量。在 70 米（230 英尺）长的室内，氚气衰变成氦、一个电子和一个电子反中微子，同时一个巨大、灵敏的光谱仪探测结果。

因为中微子是如此幽灵般，它不是可以测量它们。但是物理学家非常确定粒子及其反粒子具有均匀分布的质量和能量；因此，如果测量电子的能量，就可以推导出中微子的能量。

这就是团队在 2019 年获得中微子质量上限 1 电子伏特的方法。

为了改进该结果，该团队将增加氚衰变数量与减少其他类型放射性衰变污染的方法结合起来，从而改进了上限。

“这费力而复杂的工作是排除由于扭曲过程而导致我们的结果出现系统性偏差的唯一方法，”物理学家 Magn 说来自德国卡尔斯鲁厄理工学院的 Schlösser 和德国马克斯普朗克物理研究所的 Susanne Mertens。

“我们为我们的分析团队感到特别自豪，他们以巨大的承诺接受了这一巨大挑战并取得了成功。”

该结果标志着中微子的测量值首次低于 1 电子伏特阈值。这是一个重要的结果，虽然仍然不是一个精确的质量，但它将允许科学家改进宇宙的物理模型。

与此同时，合作将继续尝试改进对宇宙质量的测量中微子。

“对中微子质量的进一步测量将持续到 2024 年底，”研究人员说。

“为了充分发挥这一独特实验的潜力，我们将稳步推进增加信号事件的统计并不断开发和安装升级以进一步降低背景率。”

该成果已发表在《自然物理学》上。

本文的一个版本于 2022 年 2 月首次发布。