有史以來最精確的測量使我們更接近于了解“幽靈”粒子的真實質(zhì)量

幽靈的安息之團中微子是粒子物理學(xué)中最受歡迎的量之一，科學(xué)家們離準(zhǔn)確確定又近了一步，這要歸功于德國馬克斯普朗克核物理研究所的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項新實驗。

如果知道中微子的質(zhì)量，它可能會打開通往物理學(xué)領(lǐng)域的大門。粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，它描述了宇宙中所有已知的力和基本粒子。

說中微子很奇怪是輕描淡寫的。曾經(jīng)有人認(rèn)為它根本沒有質(zhì)量，現(xiàn)在很明顯，這個幾乎不存在的粒子實際上是三種類型合二為一的，當(dāng)它們在太空中穿梭時，它們的身份會在奇怪的量子模糊中振蕩。這種閃爍的身份意味著質(zhì)量，這也以不同的形式出現(xiàn)，涂抹在中微子的變幻莫測的偽裝。

中微子是如此輕巧和奇怪，它可能不像其他粒子那樣遵循相同的規(guī)則。精確地將它令人難以置信的小質(zhì)量的涂抹相加，甚至可能有助于確認(rèn)和排除粒子物理學(xué)中的新模型。

然而，物理學(xué)家不能簡單地稱量一束靜止的中微子，就像坐在秤上的葡萄一樣。相反他們只能確認(rèn)存在通過觀察它們與其他粒子的相互作用，或通過測量他們的腐爛。一個粒子可能只有在最短暫的時刻出現(xiàn)但在那段時間里，它留下了它的痕跡或痕跡，物理學(xué)家可以從中推斷出質(zhì)量。

然而，由于沒有電荷，幾乎沒有引力，中微子只對其他粒子施加最微弱的力。事實上，數(shù)十億個中微子現(xiàn)在正在你的身體里飛馳，大多數(shù)是在從太陽出發(fā)的途中，但是他們很少互動和我們在一起。

然而，僅僅因為它們對其他亞原子粒子的影響如此之小，并不意味著中微子不是構(gòu)成物質(zhì)的基本組成部分。他們是最豐富的顆粒在宇宙中具有質(zhì)量，并且知道是什么賦予了這些中微子如此微小的、非零靜止質(zhì)量的變化，可以幫助物理學(xué)家解決或理解其中的一些矛盾。標(biāo)準(zhǔn)型號中微子以它們振蕩的方式存在。

物理學(xué)家一直在穩(wěn)步前進完善他們的最佳估計中微子個體和集體質(zhì)量的上限使用各種方法.這最精確的測量然而，中微子發(fā)現(xiàn)一種叫做電子的“味道”不能超過0.8電子伏特。將其轉(zhuǎn)換為相對于 1 公斤（或 2.2 磅）的質(zhì)量，與太陽相比，這就像四個葡萄干的重量。

設(shè)定在2022年2月，最新的估計是由卡爾斯魯厄氚中微子實驗（卡特琳）在德國，從作為超重形式的氫衰變釋放的電子和中微子的噴霧中推斷出來。

獲得中微子質(zhì)量的另一種方法，無論多么微小，都是研究當(dāng)人造同位素鈥-163的原子核從其最內(nèi)層的殼層吸收電子時會發(fā)生什么。結(jié)果，質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，產(chǎn)生元素鏑-163，并釋放中微子。

然后，物理學(xué)家可以使用各種量熱儀測量這種衰變中釋放的總能量，并根據(jù)原子的總質(zhì)量和愛因斯坦著名的方程E = mc推斷飛入以太的“缺失”中微子的質(zhì)量²，其中質(zhì)量和能量相等。

這被計算為所謂的Q 值：能量的差異，可以轉(zhuǎn)化為衰變反應(yīng)后原子粒子總和中“缺失”的質(zhì)量。這種質(zhì)量差異被解釋為中微子。

然而，嵌入鈥-163的金原子可能會影響這種衰變反應(yīng)，解釋克里斯托夫·施威格（Christoph Schweiger）是馬克斯·普朗克核物理研究所的物理學(xué)家，也是這項新研究的主要作者。

“因此，使用替代方法盡可能精確地測量Q值并將其與量熱法測定的值進行比較以檢測可能的系統(tǒng)誤差源非常重要，”他說說.

為此，Schweiger及其同事建立了一個實驗，將五個所謂的圍欄陷阱，將一個堆疊在放置在真空中的超導(dǎo)磁體中，并浸入約4開爾文（-269.1°C或-452.5°F）的液氦中。

所有這些努力都有助于屏蔽設(shè)備，使其足夠靈敏，可以捕獲潘寧陷阱中的粒子，并測量帶電鈥-163和鏑-163離子之間的細微能量差異。

“對于具有最大負(fù)載的空客A-380，你可以利用這種靈敏度來確定是否有一滴水落在它上面，”Schweiger說說.

實際上，研究人員測量了入站的鈥-163離子和產(chǎn)生的鏑-163離子，得出了2,863.2±0.6 eV c的Q值^?2，這比之前的努力精確 50 倍，該努力得出的值為 2,833 ± 34 eV c^?2.

Schweiger及其同事將更精確和獨立測量的Q值與其他實驗結(jié)果結(jié)合使用“對于評估中微子質(zhì)量測定中的系統(tǒng)不確定性至關(guān)重要”在他們發(fā)表的論文中寫.

雖然只是拼圖的一部分，但像 Q 這樣的測量的精度提高可以與各種方法相結(jié)合，以理解為什么粒子世界中奇怪的、閃閃發(fā)光的幽靈表現(xiàn)得像惡作劇者。

該研究已發(fā)表在自然物理.

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