“幽靈粒子”到底有多重？科學家數“0”數不過來了！

氫的同位素衰變剛剛為人們提供了迄今為止對中微子的最小質量測量值。

通過測量氚的β衰變過程中釋放的電子的能量分布，物理學家確定電子反中微子的質量上限僅為0.8電子伏特。這在公制質量中是1.6×10^-36公斤，而在英制質量中則尤其的小。

盡管我們仍然沒有一個精確的測量，但縮小范圍可使我們更了解這些奇怪的粒子、它們在宇宙中扮演的角色以及它們對目前的物理學理論可能產生的影響。

研究人員在他們的論文中寫道：“與第一次活動相結合，我們設定了一個改進的上限，即mv<0.8電子伏特。因此，我們縮小了準簡并中微子質量模型的范圍，提供了與模型無關的中微子質量信息，這使得我們可以測試非標準的宇宙學模型。”

中微子是非常奇特的。它們是宇宙中最豐富的亞原子粒子之一，與電子類似，但沒有電荷，幾乎沒有質量。這意味著它們很少與正常物質發生相互作用；事實上，現在就有數十億的中微子穿過你的身體。這就是為什么稱它們為“幽靈粒子”，這也使得它們難以檢測。人們確實有一些檢測方法，比如切倫科夫中微子探測器，但這些都是間接的，捕捉的是通過探測器的中微子產生的影響，而不是中微子本身。

所有這一切意味著，測量這些粒子的質量是一個特別艱難的挑戰。但是，如果能夠獲得對這一特性的測量，那么人們就可以了解到的關于宇宙的更多東西。不幸的是，這也是很難做到的。

對此，研究員利用一種叫做氚的不穩定放射性氫同位素的β衰變來探測一個中微子的質量。通過將氚氣衰變為氦氣、一個電子和一個電子反中微子，讓一個巨大且敏感的光譜儀探測到了結果。

這就是該團隊在2019年獲得中微子質量上限為1個電子伏特的方法。為了完善這一結果，該團隊在增加氚的衰變數量的同時，減少其他類型放射性衰變的污染，從而得到了他們完善的上限。

這一結果標志著對中微子的測量首次低于1電子伏特的閾值。這是一個重要的結果，雖然仍然不是很精確，但科學家能夠完善宇宙的物理模型。同時，該合作項目將繼續進行嘗試，以完善對中微子質量的測量。

該研究論文題為"Direct neutrino-mass measurement with sub-electronvolt sensitivity"，已發表在《自然-物理學》期刊上。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文：https://www.nature.com/articles/s41567-021-01463-1

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