最神秘的基本粒子微中子,质量上限更新为0.8eV

被称为幽灵粒子的“微中子”是所有基本粒子中最神秘一员,它们来无影去无踪,就算每秒有数十亿个微中子穿越周边,我们也探测不到,也因此测量微中子质量相当困难。现在,一个国际研究团队继2019年的实验后,再度更新了微中子质量上限为0.8eV。

微中子是宇宙中最丰富的亚原子粒子之一,它们类似电子但没有电荷,且几乎没有质量(一度被认为轻到无法测量),这代表它们很少与正常物质相互作用,物质也阻碍不了微中子行进,一个微中子穿越长100光年的钢铁都不会减速。事实上,现在就有数十亿个微中子通过你的身体,只是你不会有任何感觉。

既然对日常无甚影响,为什么我们还要寻找微中子呢?伦敦帝国理工学院天文学家Yoshi Uchida说,如果一颗超新星爆炸,它们会在开始坍缩成黑洞之前射出微中子,若我们可以顺利探测这些穿越宇宙撞到地球的微中子,就能充当早期预警系统,提醒天文学家注意哪里可能发生令人眼花缭乱的宇宙大事件。

过去,日本超级神冈微中子探测实验(Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment)的检测方法属于捕捉微中子经过的间接影响,而非检测中微子本身,因此想精确测量质量接近零的微中子是一项特别艰巨的挑战。

如果我们能更加锁定微中子质量范围,便能更了解更多宇宙消息。

德国KATRIN实验于是利用氚(Tritium,超重氢)衰变为氦、1个电子和1个反电微中子的β衰变过程来探测微中子质量。

该团队于2019年测得微中子质量上限为1.1 eV/c 2(另一团队则测得“最轻微中子”的质量上限仅0.086 eV),现在仪器灵敏度提升,将微中子质量上限调降至0.8 eV/c 2,合理怀疑微中子质量的基本尺度就在这附近。

KATRIN实验对微中子质量的测量会持续到2024年底。研究团队正在不断开发改进以降低背景噪音,希望逐步揭开粒子物理性质仍然未知的神秘微中子面貌。

新论文发布在《自然物理学》(Nature Physics)期刊。

(首图来源:麻省理工学院)

发表评论