卡爾斯魯厄氚中微子 (KATRIN) 實驗的物理學家報告了迄今為止對中微子質量上限最精確的測量，將其確定為 0.45 電子伏特 (eV)，不到電子質量的百萬分之一。
KATRIN 主光譜儀的內部視圖。圖片來源：M. Zacher / KATRIN 合作。
中微子是宇宙中最豐富的粒子，以三種不同的類型或味道存在：電子中微子、μ子中微子和τ中微子。
這些味道會振盪，這意味著單個中子在傳播時可以轉變為每種類型，這提供了令人信服的證據，證明中微子擁有的質量與標準模型最初對無質量中微子的假設相矛盾。
然而，它們的確切質量仍然是粒子物理學的最大謎團之一。
在一個新紙在日記中科學，KATRIN 合作組織的物理學家展示了 KATRIN 實驗的前五次測量活動的結果。
“KATRIN 實驗通過分析氚的貝塔衰變來確定中微子的質量，”他們解釋道。
“在衰變過程中，中子轉變為質子，發射出電子和電子反中微子——後者是中微子的反粒子。”
“通過分析發射電子和電子反中微子之間總衰變能的分佈，可以推斷出中微子的質量。”
2019 年至 2021 年期間的 259 天裡，KATRIN 物理學家測量了大約 3600 萬個電子的能量，數據集比之前的運行大六倍。
研究結果確立了最嚴格的基於實驗室的有效電子中微子質量上限，將其設置為 < 0.45 eV，置信度為 90%。
這一結果標誌著中微子質量極限的第三次細化，比之前的極限提高了 2 倍。
“為了得到這個結果，我們分析了五次測量活動，從 2019 年到 2021 年總共收集了大約 250 天的數據——大約是 KATRIN 預期數據總量的四分之一，”KATRIN 實驗的兩名聯合發言人之一、卡爾斯魯厄理工學院的物理學家 Kathrin Valerius 博士說。
“通過每一次活動，我們都獲得了新的見解，並進一步優化了實驗條件，”馬克斯·普朗克核物理研究所和慕尼黑工業大學的物理學家 Susanne Mertens 博士說。
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馬克斯·阿克等人。 （卡特琳合作）。 2025 年。基於 259 天 KATRIN 數據的直接中微子質量測量。科學388（6743）：180-185； DOI：10.1126/science.adq9592
