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填补中微子质量缺失的空白

2025-08-09李威

世界科学 2025年7期
关键词:置信水平中微子能谱

每秒都有超过1000亿个来自太阳核心的中微子穿透人体。中微子是粒子物理学标准模型中的一种电中性基本粒子。物理学家用“味”来描述不同的中微子,分别是:电子中微子、 μ 子中微子和τ子中微子。它们的性质各不相同。中微子在空间中移动时会在上述这些不同状态之间振荡,这表明,不同味的中微子质量不同。然而,中微子本身又是唯一一种质量尚不为我们所知的基本粒子。2025年4月,卡尔斯鲁厄氘中微子实验(KATRIN)合作团队在《科学》(Science)杂志上发表文章,报告了他们的最新观测结果:他们缩小了中微子质量的范围。根据他们的最新实验结果,中微子质量上限为 0.45eV; ,置信水平 90% 。这意味着,中微子的质量小于电子的百万分之一。这个基本量的确定可以进一步发展粒子物理学标准模型,进而帮助我们更好地认识宇宙。

KATRIN利用氘(氢的一种放射性同位素,一个氘原子有两个中子和一个质子)的β衰变确定中微子质量。当氙原子发生 β 衰变时,原子核中的一个中子释放一个电子和一个反电子中微子(电子中微子的反粒子,和电子中微子质量相同,但量子特性相反)后变成质子。反电子中微子与附近其他粒子之间的相互作用相当微弱,因而无法探测。这类衰变释放的最大能量是固定的,由产物中的电子和反电子中微子共享。因此,产物中的电子能接收的最大能量由两个因素之间的差值决定:一是这类衰变能释放的总能量;二是产生反电子中微子所需的能量。……

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