“幽灵粒子”到底有多重？科学家数“0”数不过来了！

氢的同位素衰变刚刚为人们提供了迄今为止对中微子的最小质量测量值。

通过测量氚的β衰变过程中释放的电子的能量分布，物理学家确定电子反中微子的质量上限仅为0.8电子伏特。这在公制质量中是1.6×10^-36公斤，而在英制质量中则尤其的小。

尽管我们仍然没有一个精确的测量，但缩小范围可使我们更了解这些奇怪的粒子、它们在宇宙中扮演的角色以及它们对目前的物理学理论可能产生的影响。

研究人员在他们的论文中写道：“与第一次活动相结合，我们设定了一个改进的上限，即mv<0.8电子伏特。因此，我们缩小了准简并中微子质量模型的范围，提供了与模型无关的中微子质量信息，这使得我们可以测试非标准的宇宙学模型。”

中微子是非常奇特的。它们是宇宙中最丰富的亚原子粒子之一，与电子类似，但没有电荷，几乎没有质量。这意味着它们很少与正常物质发生相互作用；事实上，现在就有数十亿的中微子穿过你的身体。这就是为什么称它们为“幽灵粒子”，这也使得它们难以检测。人们确实有一些检测方法，比如切伦科夫中微子探测器，但这些都是间接的，捕捉的是通过探测器的中微子产生的影响，而不是中微子本身。

所有这一切意味着，测量这些粒子的质量是一个特别艰难的挑战。但是，如果能够获得对这一特性的测量，那么人们就可以了解到的关于宇宙的更多东西。不幸的是，这也是很难做到的。

对此，研究员利用一种叫做氚的不稳定放射性氢同位素的β衰变来探测一个中微子的质量。通过将氚气衰变为氦气、一个电子和一个电子反中微子，让一个巨大且敏感的光谱仪探测到了结果。

这就是该团队在2019年获得中微子质量上限为1个电子伏特的方法。为了完善这一结果，该团队在增加氚的衰变数量的同时，减少其他类型放射性衰变的污染，从而得到了他们完善的上限。

这一结果标志着对中微子的测量首次低于1电子伏特的阈值。这是一个重要的结果，虽然仍然不是很精确，但科学家能够完善宇宙的物理模型。同时，该合作项目将继续进行尝试，以完善对中微子质量的测量。

该研究论文题为"Direct neutrino-mass measurement with sub-electronvolt sensitivity"，已发表在《自然-物理学》期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

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

标签：