物理学家为中微子质量设定了新的上限

几十年来，物理学家一直试图测量中微子的质量，中微子是最不为人所知的常见亚原子粒子之一，但他们仍然没有答案。

然而，它们确实有一个最大值，而且在粒子物理学的奇怪世界中，能量单位衡量质量，那就是电子中微子的0.8电子伏特。

这个数字大约比其他最轻的标准模型费米子小10万倍。

中微子最初被提出是因为核反应后能量丢失，物理学家认为只有在产生我们一无所知的粒子的情况下才能解释这一点。

进一步的工作确定了三种类型(电子中微子、µ子中微子和τ中微子，每种中微子都有一个反粒子)。

很长一段时间以来，科学界最激烈的争论之一是关于中微子是否有质量。

最终，他们确实这么做了，但数量很少。

定义它们的质量到底有多小，已经被证明是更难解决的问题，但在《自然物理学》的一篇新论文中，给出了某种形式的答案。

这项工作是卡尔斯鲁厄氚中微子实验(Katrin)合作的成果。

中微子是在一系列反应中产生的，但仍然很难被探测到。

当SN1987A成为几个世纪以来最接近地球的超新星时，只探测到了11个(和8个反中微子)，这一事件启动了中微子天文学(远远超过11篇科学论文)。

然而，人们认为中微子带走了在这些巨大的爆炸中释放出的大部分引力能量。

即使在16.3万光年远的地方，也一定有惊人的数字穿过我们的星球。

这次合作没有试图通过直接观测来测量中微子的质量，而是研究了最简单的核反应之一--氚的β衰变。

氚的半衰期为12.3年，当它衰变时会发出一个电子，还会释放出一个中微子。

通过测量电子的能量，作者可以前所未有的精确地计算出丢失了什么。

一旦他们考虑了所有其他释放能量的方式，或者其他来源可能会污染测量结果，就认为剩下的是中微子能量。

卡特林实验装置的示意图。

70米长的光束线对提高精度至关重要。

然而，衡量其他一切并不是很快。

卡尔斯鲁厄毛皮技术研究所的Magnus Schlösser博士和马克斯·普朗克物理研究所的Susanne Merten教授说：“这项费力而复杂的工作是排除由于扭曲的过程而对我们的结果产生系统性偏差的唯一途径。”

其中，作者计算出中微子的质量不会超过0.8 eV(1.3 10-19)。

如果你对质量为什么要用能量单位来测量感到困惑，不妨想想爱因斯坦最著名的著作--e=mc2。

考虑到光速的平方这一微不足道的问题，质量就是能量，可以用这种方式来测量。

如果坚持使用质量单位，最大值为1.6 10-36千克。

测量中微子的质量一直是一个长期的项目，但大多数努力要么被证明是有缺陷的，要么会产生取决于所使用的宇宙模型的结果。

不可避免的是，研究人员还没有完成测量，他们将继续测量，直到2024年底，希望进一步缩小可能的范围。

这项工作将阐明中微子是否构成了宇宙中神秘的暗物质，如果是的话，又有多少。