當年輕的宇宙在引力作用下凝結時，物質將自身結成星系、星系團和細絲，編織出一張令人眼花撩亂的複雜宇宙網。這個網絡的結構部分歸功於中微子的傑作？以難以想像的數量在宇宙中湧動的輕質亞原子粒子。
因為它們高速移動並且很少與其他物質相互作用，所以這些粒子不容易被網格的引力糖蜜捕獲。因此，它們的存在掃除了蜘蛛網，阻礙了這個宇宙金銀絲細工的精細細節的形成。
中微子的質量不到第二輕粒子電子的百萬分之一，但沒有人確切知道它們的質量有多大。它們是唯一已知的基本亞原子粒子類型，其基本性質尚不清楚，一些研究人員懷疑這種缺失的知識可能是通往物理學新理解的大門。
「中微子是我們對其他粒子的理解不如其他粒子的關鍵粒子之一，但它仍然具有深遠的宇宙學後果，」日內瓦附近歐洲粒子物理實驗室歐洲核子研究中心的粒子宇宙學家米格爾·埃斯庫德羅說。
小顆粒？它們在塑造宇宙方面發揮著巨大作用，這意味著它們彌合了通常在粒子加速器或物理實驗室研究的亞原子世界與透過凝視天空而發現的宇宙學世界之間的差距。因此，科學家們正在利用太空觀測和地面實驗來試圖解開這個巨大的謎團。
但如果你問宇宙學家中微子有多重，並向粒子物理學家問同樣的問題，你可能會得到兩個不同的答案。兩組？測量這些質量的方法顯示出脫節的跡象。
最近的宇宙學數據暗能量光譜儀（DESI）收集的質量出乎意料地小，並且與粒子物理實驗的結果幾乎相衝突。事實上，DESI 數據的一些解釋表明中微子沒有質量甚至負質量，（序號：2014 年 11 月 21 日）。
奇怪的結果讓物理學家考慮一些誘人的想法？那個中微子？質量可能會隨著宇宙的歷史而變化，或者表面上的負質量是由暗能量引起的幻覺，而暗能量是導致宇宙加速膨脹的神秘現象。
DESI 位於亞利桑那州基特峰國家天文台，收集星系和其他天體的詳細地圖。今年 4 月，DESI 科學家提出暗能量的密度可能會引起轟動。（序號：4/4/24）。中微子的奇異性被掩蓋了。但在接下來的幾個月裡，物理學家意識到 DESI 也可能對中微子產生重大影響。
儘管如此，一些科學家認為中微子質量不匹配並不會導致宇宙崩潰。相反，它可能源自於有關如何分析宇宙學數據的深奧細節。
但如果這種效應持續下去，可能預示著巨大的轉變。 ？ 我認為我們對宇宙的描述太簡單了，？英國謝菲爾德大學的宇宙學家埃莉奧諾拉·迪·瓦倫蒂諾說。 ？是時候讓事情變得複雜一點了。
關於中微子質量的巨大困惑
中微子分為三種？電子中微子、μ子中微子和τ中微子。更複雜的是，每種類型都沒有確定的質量，而是攜帶三種不同質量的量子混合物。
如今，這三位一體的中微子遍佈宇宙每立方公尺數億個中微子，數量是質子的約十億倍。在早期宇宙中，粒子的堆積更加密集。
儘管中微子非常輕，但數量卻很強大。數十億年來，這些粒子一直在宇宙中發揮作用，它們的存在對夜空產生了不可磨滅的影響。它們不僅在構成恆星和其他航天雜物的正常可見物質周圍飛行，而且還在暗物質周圍飛行，暗物質是人們知之甚少的質量來源，它使宇宙周圍的星系變得越來越大。
中微子？組合起來的數字不僅足以改變宇宙網，而且足以影響宇宙的膨脹率。這兩個因素使科學家能夠透過觀察太空來測量中微子質量。與較小的中微子質量相比，較大的中微子質量會導致宇宙更快膨脹，並且宇宙的塊狀程度更小。
DESI 繪製出宇宙結構，透過一種稱為重子聲振盪的效應來確定膨脹率，這種聲波在早期宇宙中留下了圓形圖案。透過追蹤宇宙歷史不同時期的這些模式，科學家可以追蹤它的生長，有點像宇宙樹的年輪。
同時，宇宙微波背景光，即大爆炸後38萬年釋放的光，揭示了宇宙的團塊性。當來自宇宙微波背景的光線穿過太空時，其軌跡會被旅途中的物質團彎曲，就像光線穿過透鏡一樣。這種重力透鏡的大小告訴科學家宇宙有多塊狀。
結合宇宙微波背景的團塊測量和 DESI 的膨脹率？中微子影響的兩件事？讓科學家將質量歸零。
DESI 資料與歐洲太空總署普朗克衛星的宇宙微波背景資料結合，提供了中微子的質量上限。具體來說，三個中微子質量總和為小於約0.07電子伏特研究人員 4 月在 arXiv.org 上在線報告稱，置信度為 95%。 （電子伏特是物理學家用來量化質量的單位。電子的質量約為 511,000 電子伏特。）
除了中微子質量上限之外，還有一個基於實驗室粒子物理實驗的地板。這些實驗測量了一種稱為中微子振盪的現象，這是由於每種類型的中微子都是不同質量的量子混合物這一事實造成的。質量混合物意味著中微子可以當他們旅行時（序號：10/6/15）。最初是μ子中微子，後來可能會被偵測為電子中微子。
中微子探測器可以發現這種形狀變化。由於振盪取決於不同中微子質量之間的關係，因此這些實驗無法直接測量質量本身。但它們確實表明三個中微子質量的總和必須大於約 0.06 電子伏特。
這意味著 DESI 對超過約 0.07 電子伏特的中微子質量的排斥接近於排除振盪實驗允許的整個質量範圍，這令人不安。地板和天花板幾乎是接觸的。
還有一點餘地嗎？也許是一個爬行空間？讓中微子質量與宇宙學和振盪實驗和諧相處。但由於其他原因，DESI 的結果令人驚訝。其一，DESI 確定的中微子質量總和最有可能的值為零？根本沒有品質。
更重要的是，當額外的宇宙學數據添加到 DESI 和普朗克數據中時，例如也可以衡量宇宙膨脹率的爆炸恆星目錄，質量的上限進一步縮小，小於 0.05 電子伏特Di Valentino 及其同事於 7 月 25 日在 arXiv.org 上報告。爬行空間基本上被消除了，將中微子質量留在煉獄中，如果不提出關於宇宙的新想法，就很難解釋這一點。
“如果你從表面上看一切，這是一個巨大的警告”，那麼顯然我們需要新的物理學，？論文的另一位作者、義大利特倫託大學的宇宙學家桑尼·瓦格諾齊 (Sunny Vagnozzi) 說道
即使不添加超新星數據，如果認真對待，DESI 結果也會回答一個主要問題：哪種中微子最重？三個中微子質量相當簡單地標記為數字 1、2 和 3。重於3。
如果倒序正確，振盪實驗意味著中微子質量和將超過 0.1 電子伏特。 DESI 將中微子質量壓縮到 0.07 電子伏以下，不僅使正常排序幾乎沒有餘地，而且似乎基本上排除了倒序。
“這就是為什麼每個人都太過分了，？” DESI 合作組織成員、巴塞隆納大學的宇宙學家 Licia Verde 說。
取消倒序將是一件大事，會對大量理論和實驗產生影響。排序是如此重要以至於科學家設計了一個巨大的實驗？中國江門地下中微子觀測站計劃今年啟動？旨在測量它。但粒子物理學家並沒有取消他們的計劃，也沒有人開瓶香檳慶祝倒序的終結。
原因是DESI的品質上限超出了預期。 ？加州大學聖地牙哥分校的宇宙學家丹尼爾‧格林說。
他說，考慮到 DESI 收集的數據量，科學家預計上限會是兩倍多，將質量固定在約 0.18 電子伏特以下，使倒序存在的可能性得以實現。事實上，DESI 並不被期望能夠排除倒序？如果倒序排列不正確？直到又需要幾年的數據。
這讓物理學家懷疑還有其他事情發生。
中微子可能有負質量嗎？
如果科學家認真對待 DESI 對零中微子質量的偏好，那麼有幾種方法可以解釋它，儘管實驗室中的中微子無可爭議地具有質量。中微子可以衰變成其他粒子或相互湮滅，格林和同事在一篇被接受的論文中建議高能物理雜誌。或者也許是中微子？質量隨時間而變化。
但還有比零質量更廣泛的可能性：負質量。格林懷疑？ [數據]看到了？中微子的。即具有負質量的中微子。
雖然具有正質量的中微子使宇宙不那麼塊狀，但 DESI 和普朗克可能會發現相反的情況，即宇宙比預期更塊狀，這意味著它在不同地方的物質密度變化大於預測。這可以用具有負質量的奇異中微子來概念化。
在 DESI 分析中，科學家不允許中微子質量變成負值。也許 DESI 降到零只是因為它被禁止降低。
因此格林和同事調整了分析以允許負質量。研究人員報告稱，分析結果為 0.16 電子伏特。
其他人也發現了對負中微子質量的類似支持。這麼說有點瘋狂，？英國達勒姆大學的宇宙學家威廉‧埃爾伯斯說。物理學中的負質量很難定義並納入理論，導致方程中出現各種衝突。 “我們實際上並不認為中微子質量是負的，”埃爾伯斯說。相反，「它」是數據或我們對宇宙如何演化所做的假設中某些問題的徵兆。
埃爾伯斯和同事認為，負質量可能是暗能量的海市蜃樓。宇宙的標準圖景假設暗能量具有恆定的密度，即所謂的宇宙常數。雖然 DESI 數據暗示暗能量是動態的？它的密度隨時間變化？ DESI 的中微子質量數是在假設宇宙學常數的情況下確定的。
允許動態暗能量解析中微子質量Elbers 及其同事於 7 月 15 日在 arXiv.org 上在線報導了這一問題。 “它實際上將最可能的值從消極和非物理的東西轉移到了正確的東西上，”埃爾伯斯說：0.06 電子伏特。
但並非所有動態暗能量都是相似的。最簡單的動態暗能量模型，如 DESI 和 Elbers 及其同事使用的模型，允許暗能量「幻影」。從理論上講，這是一種意想不到的情況。在科學家中？最受青睞的理論是，暗能量的密度要麼保持恆定，要麼隨著空間的膨脹而稀釋。有了幻影暗能量，密度反而增加。那種類型的暗能量被認為不太可信？用標準物理理論很難解釋。
Vagnozzi、Di Valentino 及其同事在他們的論文中報告說，使用禁止暗能量變化的模型實際上會使中微子質量不匹配變得更糟。
這使得科學家無法從宇宙學上解釋為什麼中微子質量比預期的要小。
普朗克數據存在問題
有些科學家沒有重新思考宇宙，而是重新審視這些數據。
一些研究人員懷疑，宇宙微波背景資料中的微妙問題可能會扭曲事物。特別是，普朗克的數據顯示出意想不到的過度重力透鏡效應，而宇宙微波背景光的彎曲有助於科學家推斷中微子質量。
負質量中微子也會產生更多的引力透鏡效應。事實上，早期使用普朗克資料結合 DESI 前身來估計中微子質量的嘗試也得出了意想不到的小估計值。也許普朗克就是問題所在。
普朗克數據的更新版本使用不同的方法繪製宇宙微波背景圖，減少了這種過度的引力透鏡效應。
基於更新的普朗克資料的分析，並刪除兩個異常值 DESI 資料點，消除了負中微子質量的證據，Escudero 及其同事於 7 月 18 日在 arXiv.org 上在線報道
埃斯庫德羅說，有鑑於此，“現在斷定我們從實驗室獲知的中微子質量最小值與宇宙學中缺乏中微子質量檢測之間存在緊張關係似乎還為時過早。”
但是，他指出，分析仍然沒有發現中微子質量為正的證據。
直接測量中微子質量
中微子質量的宇宙學測量依賴各種觀測，並且取決於科學家的正確性？宇宙理論。如果任何地方有一個缺失的環節，那麼中微子質量的估計就會變得不可靠。因此，未來，科學家希望能夠在地球上直接測量中微子質量。
德國卡爾斯魯厄的 KATRIN 實驗旨在研究中微子質量對氚，氫的一種重形式（序號：4/21/21）。當氚核衰變時，它會發射出一個反中微子（中微子的反物質孿生）和一個電子。 KATRIN旨在檢測反中微子的作用？質量取決於衰變中釋放的電子的能量。
但是，雖然這樣的實驗理論上可以測量中微子質量，但它們的結果並不像宇宙學的結果那麼精確。中微子質量的總和必須是小於 1.35 電子伏特KATRIN 研究人員 6 月在 arXiv.org 上在線報告稱，置信度為 90%。這比宇宙學對質量的限制要弱得多。因此，儘管直接實驗被認為更可靠，但它們並沒有真正告訴科學家很多他們還不知道的事情。未來的直接實驗可能會進一步將中微子質量歸零，但如果中微子質量像宇宙學家認為的那麼小，則需要一些重大的技術進步。
儘管如此，更好地理解宇宙中一些最神秘的粒子的可能性還是很誘人的。 “我覺得特別有趣的是，抬頭仰望天空可以告訴你一些關於如此輕、如此微小、如此小、如此亞原子的粒子的信息，”維德說。
維德說，如果科學家能夠找到地球上和太空中的中微子之間的一致性，他們就會更確信他們的宇宙理論是正確的。 “如果你可以通過結合直接觀察無限小的實驗和觀察非常大的實驗來構建一幅所有事物都聯繫在一起的圖畫，那麼它也為圖畫本身提供了支持。”
