KATRIN 实验的主要光谱仪，用于确定中微子的质量。图片来源：Markus Breig，KIT
经过几十年的尝试测量质量中微子，这是人们最了解的常见亚原子粒子之一，物理学家仍然没有答案。然而，它们确实有一个最大值，在粒子物理的奇怪世界中，能量单位测量质量，即电子中微子的 0.8 电子伏特。数字比最轻的其他标准型号减少约10万倍费米子。
中微子最初被提出是因为核反应后能量缺失，物理学家认为只有在我们一无所知的粒子正在产生的情况下才能解释这一点。进一步的工作确定了它们分为三种类型（电子中微子、μ子中微子和τ中微子，每种中微子都有一个反粒子）。长期以来，科学界最热门的争论之一就是中微子是否有质量。最终，他们确实解决了这个问题，但只是很小的一部分。
事实证明，定义它们的质量到底有多小更难解决，但在一篇新论文中提供了某种答案。自然物理学。作品是卡尔斯鲁厄氚中微子实验（卡特琳）合作。
中微子在多种反应中产生，但仍然很难检测到。仅检测到 11 个（和 8 个反中微子）SN1987A成为几个世纪以来最接近地球的超新星，这一事件开启了中微子天文学（以及超过 11 篇科学论文）。然而，人们认为中微子带走了这些巨大爆炸中释放的大部分引力能。即使距离 163,000 光年，穿过我们星球的数量也一定是惊人的。
该合作没有尝试通过直接观察中微子质量来测量中微子质量，而是研究了最简单的核反应之一，即β衰变。氚。氚的半衰期为 12.3 年，衰变时会发射电子，并释放中微子。通过测量电子拥有多少能量，作者可以以前所未有的精度计算出缺失的能量。一旦他们考虑了所有其他释放能量的方式，或者其他来源可能会污染测量结果，中微子能量就被认为是剩下的。
然而，衡量其他一切的速度并不快。 “这项费力而复杂的工作是排除由于扭曲过程而导致结果出现系统性偏差的唯一方法，”作者马格努斯·施洛瑟博士卡尔斯鲁厄理工学院和苏珊·梅尔滕斯教授马克斯·普朗克物理研究所说。
除此之外，作者计算出中微子的质量不会超过 0.8 eV (1.3 x 10-19）。如果您对为什么用能量单位来测量质量感到困惑，请考虑爱因斯坦最著名的著作 e=mc2。考虑到光速平方这个小问题，质量就是能量，可以通过这种方式测量。如果坚持使用质量单位，则最大值为 1.6 × 10–36公斤。
测量中微子的质量一直是一个长期项目，但大多数努力要么被证明存在缺陷，要么产生的结果取决于所使用的宇宙模型。其他的则不太精确，最大值超过 1 eV。 “粒子物理学界对 1-eV 屏障被打破感到兴奋，”说约翰·威尔克森教授北卡罗来纳大学教授，KATRIN 董事会主席。
不可避免的是，研究人员的工作还没有结束，他们将继续进行测量直到 2024 年底，希望进一步缩小可能的范围。
这项工作将揭示中微子是否构成了宇宙神秘暗物质的一部分，如果是的话，数量是多少。
