德國卡爾斯魯厄理工學院的國際氚中微子實驗(KATRIN)團隊10日公布了對中微子質量上限迄今為止最精確的測量結果，將其限定在0.45電子伏特(eV)以內，這還不足電子質量的百萬分之一。這項成果進一步約束了這一宇宙中最神秘的基本粒子之一，并推動物理學超越標準模型發展。該研究成果已在最新一期《科學》雜志上發表。

安裝KATRIN主光譜儀的內電極系統。圖片來源：德國卡爾斯魯厄理工學院

作為電中性的基本粒子，中微子是宇宙中最豐富的粒子之一，以三種不同的“味道”存在：電子中微子、μ子中微子和tau中微子。這些不同類型的中微子可相互轉換，這種現象被稱為振蕩，提供了中微子具有質量的有力證據。這與標準模型最初假設的無質量中微子相悖，然而測量它們的確切質量依然是粒子物理學中的一個重大難題。

KATRIN實驗通過分析氚的β衰變來探索中微子的質量。在這個過程中，氚核轉變為氦核的同時釋放出一個電子和一個電子反中微子。通過研究這個過程中電子和電子反中微子之間總衰變能量分布，科學家能夠推斷出中微子的質量。在2019年至2021年間進行的5次測量活動中，KATRIN合作團隊經過259天的數據收集，測量了大約3600萬個電子的能量，數據量達到了以前的6倍之多。基于這些數據，他們設定了有效電子中微子質量的上限為小于0.45eV，置信度達到90%，這是目前實驗室獲得的關于中微子質量最嚴格的限值。

KATRIN實驗計劃在完成總計1000天的數據采集后于2025年結束。屆時，通過對完整數據集的分析，研究人員預計能夠在90%的置信水平下估計出接近0.3eV預測值的有效電子中微子質量。

這項工作不僅加深了人們對中微子本質的理解，也為探索超出標準模型的新物理開辟了道路。