科研人員已獲中微子質(zhì)量新上限 將中微子質(zhì)量推向sub-eV級

德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的國際氚中微子實(shí)驗(KATRIN)打破了中微子物理學(xué)中與粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)相關(guān)的一個(gè)重要“界限”——1電子伏特(eV)。德國馬克斯普朗克物理研究所當地時(shí)間14日消息，據發(fā)表在著(zhù)名期刊《自然·物理學(xué)》上的數據，科學(xué)家已獲得了中微子質(zhì)量新上限：0.8 eV，首次將中微子的質(zhì)量推向sub-eV級，這使得KATRIN能以前所未有的精度限定了這一“宇宙輕量級”的質(zhì)量。

可以說(shuō)，中微子是宇宙中最神秘的基本粒子。在宇宙學(xué)中，它們在大尺度結構的形成中扮演著(zhù)重要角色;而在粒子物理學(xué)中，它們微小但非零的靜止質(zhì)量令它們與眾不同，表現出了超出我們當前理論的新的物理現象。如果沒(méi)有中微子質(zhì)量尺度的測量，我們對宇宙的理解將會(huì )變得不完整。

這就是KATRIN實(shí)驗所面臨的挑戰。該實(shí)驗已成為世界上對中微子最靈敏的測量“天平”。它利用氚(一種不穩定的氫同位素)的β衰變，通過(guò)衰變過(guò)程中釋放的電子的能量分布來(lái)確定中微子的質(zhì)量。這需要一項重大的技術(shù)努力：這個(gè)70米長(cháng)的實(shí)驗裝置容納了世界上最強的氚源，以及一臺巨型光譜儀，用于以前所未有的精度測量中微子的質(zhì)量。

2019年開(kāi)始科學(xué)測量后，數據的精度在過(guò)去兩年里不斷提高。該實(shí)驗的共同發(fā)言人表示，KATRIN是一項技術(shù)要求最高的實(shí)驗，現在運行得非常完美。信號速率的提高和背景速率的降低是新結果的決定性因素。

第一年的測量數據和基于一個(gè)極小的中微子質(zhì)量模型的實(shí)驗數據完全匹配：由此可以確定0.8 eV的中微子質(zhì)量的新上限。這是直接中微子質(zhì)量實(shí)驗首次進(jìn)入宇宙學(xué)和粒子物理上重要的sub-eV質(zhì)量范圍，科學(xué)家假設中微子的基本質(zhì)量標度在這個(gè)范圍內。美國北卡羅來(lái)納大學(xué)中微子專(zhuān)家約翰·威爾克森評論說(shuō)：“粒子物理界為KATRIN實(shí)驗打破了1電子伏特的界限而感到興奮。”

KATRIN實(shí)驗的共同發(fā)言人和分析協(xié)調員對未來(lái)非常樂(lè )觀(guān)：“對中微子質(zhì)量的進(jìn)一步測量將持續到2024年底。為了實(shí)現這一獨特實(shí)驗的全部潛力，我們不僅將穩步增加信號事件的統計數據，還將不斷開(kāi)發(fā)和安裝改進(jìn)措施。”

一種新探測器系統(TRISTAN)的開(kāi)發(fā)在這方面發(fā)揮了特殊的作用，它將允許KATRIN實(shí)驗從2025年開(kāi)始著(zhù)手尋找質(zhì)量在千電子伏特范圍內的“無(wú)菌”中微子——這也是宇宙中神秘暗物質(zhì)的候選者，已經(jīng)在許多天體物理和宇宙學(xué)觀(guān)測中被發(fā)現，但其粒子物理性質(zhì)仍是個(gè)謎。(科技日報實(shí)習記者 張佳欣)

免責聲明：本文不構成任何商業(yè)建議，投資有風(fēng)險，選擇需謹慎！本站發(fā)布的圖文一切為分享交流，傳播正能量，此文不保證數據的準確性，內容僅供參考

關(guān)鍵詞： 科研人員 中微子質(zhì)量新上限 宇宙輕量級 基本粒子