KATRIN进行了迄今为止最精确的中微子质量测量。图片来源：Markus Breig

本报讯 德国卡尔斯鲁厄理工学院的国际氚中微子实验（KATRIN）打破了中微子物理学中与粒子物理学和宇宙学相关的一个重要“界限”，得到了中微子质量的新上限——0.8电子伏特（eV），首次将中微子质量推进到sub-eV级，这使得KATRIN能以前所未有的精度限定宇宙中这些轻量级物质的质量。相关成果2月14日发表于《自然—物理学》。

可以说，中微子是宇宙中最神秘的基本粒子。在宇宙学中，它们在大尺度结构的形成中扮演着重要角色，在粒子物理学中，微小但非零的质量使它们与众不同，表现出当前理论之外的新物理现象。如果没有中微子质量尺度的测量，那么人们对宇宙的理解将不完整。

KATRIN被认为是世界上对中微子最敏感的测量。它利用氚（一种不稳定的氢同位素）β衰变过程中释放的电子能量分布来确定中微子的质量。70米长的实验装置中容纳了世界上强度最大的氚源以及一个巨型光谱仪，以前所未有的精度测量衰变电子的质量。

自2019年科学测量开始以来，数据精度不断提高。该试验联合发言人表示，KATRIN是一项具有最高技术要求的实验，现在运行得非常完美，信号率的增加和背景率的降低是新结果出现的决定性因素。

测量的实验数据和基于极小中微子质量的建模完全吻合，由此可以确定0.8电子伏特的中微子质量的新上限。这是直接中微子质量实验首次进入sub-eV级质量范围，科学家假设中微子的基本质量标度在这一范围内。

美国北卡罗来纳大学中微子专家John Wilkerson说：“粒子物理学界对KATRIN打破了1电子伏特的‘界限’而感到兴奋。”

据了解，KATRIN对中微子质量的进一步测量将持续到2024年底。

一个新探测器系统（TRISTAN）的开发将有助于KATRIN从2025年起寻找质量在千电子伏特范围内的“无菌”中微子，这是宇宙中神秘暗物质的候选者，已经在许多天体物理学和宇宙学观测中被发现，但其粒子物理性质仍然未知。（辛雨）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-021-01463-1