来自卡特林（KATRIN）实验的科学家们已经测出了神秘中微子质量有史以来最精确的上限值——不足0.45电子伏特。
这一突破不仅加强了对宇宙中最难以捉摸的粒子之一的约束，而且挑战并扩展了物理标准模型的边界。
中微子质量测量领域的新突破
卡尔斯鲁厄氚中微子（KATRIN）实验的研究人员报告了迄今为止对中微子质量最精确的上限估算：小于0.45电子伏特（eV）。这小于电子质量的百万分之一。这一突破进一步缩小了宇宙中最难以捉摸的粒子之一的可能质量范围，并将物理学的边界推向了当前标准模型之外。
中微子是电中性的极轻基本粒子，也是宇宙中含量最丰富的粒子。它们有三种类型或“味”：电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。中微子在传播过程中，这些类型可以相互转变，该现象称为振荡。这种行为意味着中微子必然有质量，这与标准模型中它们无质量的最初假设相矛盾。然而，它们的确切质量仍是粒子物理学中最大的未解问题之一。
β衰变：洞察中微子质量的一扇窗
在这项最新研究中，马克斯·阿克 (Max Aker) 及卡特林 (KATRIN) 合作组织介绍了实验前五个数据采集阶段的研究成果。卡特林通过研究氚（一种放射性氢）的 β 衰变来估算中微子的质量。在此过程中，氚原子中的中子衰变为质子，同时释放出电子和反电子中微子（中微子的反物质对应物）。通过精确测量发射出的电子和反电子中微子之间如何分配衰变能量，科学家可以推断出中微子的质量。
2019年至2021年间，卡特林（KATRIN）团队记录了约3600万个电子的能量，数据量是以往的六倍。他们对此进行分析，得出了基于实验室的电子中微子有效质量的最严格限值，置信度90%的情况下，该值低于0.45电子伏特（eV）。这是第三次大幅改进质量限值，使精度提高了一倍。
迈向中微子科学的未来
洛雷丹娜·加斯塔尔多在相关评述文章中写道：“卡特里娜（KATRIN）实验的中微子质量测量活动将在数据采集达到1000天后，于2025年结束。对从这一宏伟项目中获得的全套数据集进行分析后，将可以估算出有效电子中微子质量，其数值接近在90%置信水平下预测的0.3电子伏特（eV）。”
参考文献：《基于KATRIN 259天数据的直接中微子质量测量》，由KATRIN合作组织、马克斯·阿克、多米尼克·巴茨勒、亚美尼亚·贝格拉里安、扬·贝伦斯、尤斯图斯·拜森克特、马泰奥·比亚松尼、本尼迪克特·比尔林格、亚尼娜·比翁迪、法比安·布洛克、斯特芬·博比恩、马蒂亚斯·博特彻、贝阿特·伯恩施泰因、鲁茨·伯恩施泰因、汤姆·S·考德威尔、马尔科·卡米纳蒂、奥特基特·察特拉布蒂、苏伦·奇林加里扬、拜伦·A·丹尼尔、卡罗尔·德博夫斯基、马丁·德舍、德西阿达·迪亚斯·巴雷罗、彼得·J·多伊、奥托卡尔·德拉贡、格多·德雷克斯林、弗兰克·埃德扎德斯、克劳斯·艾特尔、恩里科·埃林格、拉尔夫·恩格尔、山川慎士郎、阿尔内·费尔登、卡罗琳·芬格勒、卡洛·菲奥里尼、约瑟夫·A·福尔马吉奥、克里斯蒂安·福斯特纳、弗洛里安·M·弗兰克尔、凯文·高达、安德鲁·S·加文、吴锡吉、费伦茨·格卢克、斯特芬·格罗曼、罗宾·格罗斯勒、莱纳·贡布斯海默、纳塔奈尔·古特克内希特、沃尔克·哈嫩、伦纳德·哈塞尔曼、诺曼·豪斯曼、克劳斯·赫尔宾、汉娜·亨克、斯文娅·海恩斯、斯蒂芬妮·希克福德、罗曼·希勒、戴维·希尔斯海默、多米尼克·欣茨、托马斯·霍恩、安东·胡贝尔、亚历山大·扬森、克里斯蒂安·卡尔、约纳斯·凯勒、罕猜·科松通吉、马蒂亚斯·克莱夫格斯、曼努埃尔·克莱因、约书亚·科佩斯、克里斯托夫·科勒、伦纳德·科伦贝格、安德烈亚斯·科普曼、内文·科瓦茨、阿洛伊兹·科瓦利克、霍尔格·克劳斯、路易莎·拉·卡西奥、蒂埃里·拉塞尔、约夏·劳尔、谭隆乐、昂德热伊·莱贝达、比约恩·莱纳特、李艮、阿列克谢·洛克霍夫、莫里茨·马察谢克、马丁·马克、亚历山大·马尔斯特勒、埃里克·L·马丁、克里斯汀·梅尔策、苏珊妮·默滕斯、沙伊拉贾·莫汉蒂、贾拉尔·穆斯塔法、克劳斯·米勒、安德烈亚·纳瓦、霍尔格·诺伊曼、西蒙·尼梅斯、安东尼·奥尼隆、戴安娜·S·帕诺、莫拉·帕万、乌东西普·平苏克、艾伦·W·P·潘、何塞·曼努埃尔·洛佩斯·波亚托、斯特凡诺·波齐、弗洛里安·普里斯特、扬·拉利什、希瓦尼·拉马钱德兰、R·G·哈米什·罗伯逊、卡罗琳·罗登贝克、马尔科·罗利格、卡斯滕·罗特勒、米洛斯·里沙维、鲁道夫·萨克、亚历杭德罗·萨恩斯、理查德·所罗门、彼得·沙弗、马格努斯·施洛斯、克劳斯·施洛斯、莉萨·施吕特、索尼娅·施奈德温德、乌尔里希·施努尔、迈克尔·施兰克、扬尼斯·舒尔曼、安-卡特琳·舒茨、亚历山德罗·施韦默、阿德里安·施文克、米哈尔·谢夫奇克、丹尼尔·西格曼、弗兰克·西蒙、费利克斯·斯帕尼尔、达妮埃拉·施普伦格、瓦林通·斯瑞塔翁、马库斯·施泰德尔、雅罗斯拉夫·施托克、哈维尔·施特里布尔、迈克尔·施图尔姆、纳鲁蒙·苏旺詹迪、尼古拉斯·谭杰罗姆、赫尔穆特·H·泰勒、拉丽莎·A·索恩、托马斯·图姆林、西蒙·蒂罗尔夫、尼基塔·蒂托夫、伊戈尔·特卡切夫、科尔比尼安·乌尔班、卡特琳·瓦列里乌斯、德拉霍斯拉夫·韦诺斯、克里斯蒂安·温海默、斯特凡·韦尔特、于尔根·温德尔、克里斯托夫·维辛格、约翰·F·威尔克森、约阿希姆·沃尔夫、萨莎·武斯特林、约翰娜·维德拉、魏然·徐、谢尔盖·扎多罗日内和根里奇·策勒，发表于2025年4月10日，《科学》杂志。 数字对象唯一标识符（DOI）：10.1126/science.adq9592
