近日，芬蘭于韋斯屈萊大學加速器實驗室在高精度原子質量測量方面取得重要成果，其研究表明銀-110同分異構體的β衰變具有極大潛力，有望用于測定電子反中微子的質量，為未來反中微子實驗鋪就關鍵一步。

中微子及其反中微子的質量是物理學領域尚未攻克的重大謎題之一。中微子作為粒子物理學標準模型中的基本粒子，在自然界中廣泛存在，主要由太陽核反應產生，每秒都有數萬億個太陽中微子穿過人體。

于韋斯屈萊大學的阿努·坎凱寧教授強調：“確定中微子和反中微子的質量至關重要，了解它們有助于我們更深入地認識宇宙的演化。”

通過核β衰變是產生電子反中微子并測定其質量的一種途徑。核β衰變屬于弱相互作用過程，會生成一個子核、一個電子及其反中微子，過程中釋放的能量被稱為衰變Q值，該值由母核和衰變產物的質量決定。

于韋斯屈萊大學博士研究員Jouni Ruotsalainen正致力于相關研究，他指出：“由于電子反中微子的質量估計至少比電子質量小五個數量級，觀測其對β衰變的貢獻極具挑戰性。因此，釋放能量極少的β衰變，即低Q值β衰變，備受關注。”

在此背景下，于韋斯屈萊大學研究人員發現了可用于反中微子質量測定的潛在核β衰變。Ruotsalainen介紹：“先前研究主要聚焦于基態β衰變，也對許多被稱為同質異能體的長壽命激發態進行了研究，這些同質異能體會通過β衰變衰變。銀-110同位素中的同質異能體便是典型例子，其半衰期約為250天，主要通過β衰變衰變為子核鎘-110中的激發態。”

根據文獻記載，銀-110同質異能體在3008.41 keV激發態的β衰變Q值可能為負值(意味著衰變不可能發生)，也可能略微為正值，主要不確定性源于母核素和子核素的基態。

為降低Q值的不確定性，研究團隊使用加速器實驗室的JYFLTRAP彭寧阱質譜儀，測量了穩定的銀-109和鎘-110同位素之間的質量差。Ruotsalainen解釋：“我們利用現有的放電離子源可輕松產生穩定的銀離子和鎘離子，再借助相位成像離子回旋共振技術測量它們的質量差。最終得到的Q值為405(135) eV，為正值，且是目前發現的任何允許的β衰變躍遷中的最低值。”

不過，并非所有銀-110同質異能體的衰變都會進入鎘-110中3008.41 keV的狀態。為估算該比例，研究團隊進行了殼模型計算。負責理論研究的馬洛姆·拉馬略(Marlom Ramalho)評論道：“我們的計算顯示，這種異構體每百萬次衰變中，大約有三次會遵循這種低能路徑。雖然比例看似微小，但對于如此低能量的躍遷而言意義重大。此外，該異構體半衰期約為250天，足夠研究人員獲取有意義的樣本，有望捕捉到大量此類罕見衰變過程。”拉馬略近期在于韋斯屈萊大學完成博士論文答辯，現為約克大學奧斯卡·胡圖寧基金會博士后研究員。

銀-110異構體的β衰變具有允許特性，且獲得了極低的Q值，同時該異構體易于通過熱中子在核反應堆中產生，這些特性使其成為未來反中微子實驗極具吸引力的候選者。

坎凱寧表示：“這無疑是一個值得深入研究的案例。我們與當地理論物理學家的合作富有成效，還發現了幾個新的同質異能β衰變，這些可作為中微子物理學下一步的研究對象。很高興看到，對穩定或近穩定同位素的測量依舊具有重要意義。”