幽灵般的静止质量中微子由于德国马克斯·普朗克核物理研究所的研究人员领导的一项新实验，科学家们距离精确确定粒子物理学中最受欢迎的物理量之一又近了一步。
如果中微子的质量是已知的，它就可以打开通往超越物理领域的物理学之门。粒子物理标准模型，它描述了宇宙中所有已知的力和基本粒子。
说中微子很奇怪是轻描淡写的。 曾经有人认为这种几乎不存在的粒子根本没有质量，但现在很明显，这种粒子实际上是三合一的，当它们在空间中飞驰时，其特性会以一种奇怪的量子模糊的方式振荡。 这种闪烁的身份意味着质量，这也有不同的形式，涂抹在中微子的伪装。
中微子如此轻且奇怪，其运行规则可能与其他粒子不同。 将其令人难以置信的小质量的涂抹精确地相加甚至可能有助于确认和排除粒子物理学中的新模型。
然而，物理学家不能简单地称量静止中微子束的重量，就像秤上的葡萄一样。 反而，他们只能确认存在通过观察此类亚原子粒子与其他粒子的相互作用，或者通过测量产品他们的衰败。 一个粒子可能只是呈现最短暂的时刻但在那段时间，它留下了痕迹或痕迹，物理学家可以从中推断出质量。
然而，由于中微子不带电荷，几乎没有引力，因此只能对其他粒子施加最微弱的力。 事实上，数十亿中微子现在正在穿过你的身体，其中大部分是从太阳出发的，但是他们很少互动和我们。
然而，仅仅因为中微子对其他亚原子粒子的影响很小，并不意味着中微子不是构成物质的基本组成部分。 他们是最丰富的粒子宇宙中具有质量的中微子，了解是什么赋予了这些中微子如此微小的、非零的静止质量，可以帮助物理学家解决或理解中微子中的一些矛盾。标准型号中微子以它们的振荡方式呈现。
物理学家一直在稳步完善他们的最佳估计使用中微子的个体和集体质量的上限各种各样的 方法。 这最精确的测量然而，一种被称为电子中微子的“味道”却发现它的电压不能超过 0.8 电子伏特。 将其转化为相对于 1 千克（或 2.2 磅）的质量，相当于四颗葡萄干相对于太阳的重量。
卡尔斯鲁厄氚中微子实验 (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) 于 2022 年 2 月做出了最新的估计（凯特琳）在德国，通过超重氢衰变释放的电子和中微子的喷雾推断出。
获得中微子质量的另一种方法，无论多么微小，都是研究当人造同位素钬163的原子核从其最内层吸收电子时会发生什么。 结果，质子转化为中子，产生镝163元素，并释放出中微子。
然后，物理学家可以使用某种量热计测量衰变中释放的总能量，并根据原子的总质量和爱因斯坦著名的方程 E = mc 推断飞入以太的“失踪”中微子的质量2，其中质量和能量相等。
这被计算为所谓的Q值：能量差，可以转化为衰变反应后原子粒子总数“缺失”的质量。 这种质量差异被解释为中微子。
然而，嵌入 holmium-163 的金原子可能会影响这种衰变反应，解释克里斯托夫·施威格（Christoph Schweiger）是马克斯·普朗克核物理研究所的物理学家，也是这项新研究的主要作者。
“因此，重要的是使用替代方法尽可能精确地测量 Q 值，并将其与量热测定值进行比较，以检测可能的系统误差源，”他说。
为此，施威格和同事进行了一项实验，将五个所谓的潘宁陷阱，将一个叠放在另一个的顶部，放置在真空中的超导磁体中，并浸入约 4 开尔文温度（-269.1°C 或 -452.5°F）的液氦中。
所有这些努力都有助于保护设备，使其足够灵敏，能够捕获潘宁陷阱中的粒子，并测量带电钬 163 和镝 163 离子之间的细微能量差异。
“对于最大负载的空中客车 A-380，您可以利用这种灵敏度来确定是否有一滴水落在其上，”Schweiger说。
事实上，研究人员测量了进入的钬 163 离子和由此产生的镝 163 离子，得出 Q 值为 2,863.2 ± 0.6 eV c−2，比之前达到的 2,833 ± 34 eV c 值精确 50 倍−2。
Schweiger 及其同事将更精确且独立测量的 Q 值与其他实验结果结合使用“对于评估中微子质量测定中的系统不确定性至关重要”在他们发表的论文中写道。
尽管只是难题的一小部分，但 Q 等测量精度的提高可以与各种方法相结合，以理解为什么粒子世界中奇怪的、闪闪发光的幽灵的行为就像它们本身的恶作剧者一样。
该研究发表于自然物理学。
