麻省理工学院的物理学家将中微子“鬼粒子”的质量推算为一半

此处显示的KATRIN光谱仪精确地测量了the衰变中发射的电子的能量，这已帮助科学家更进一步地确定了像幽灵般的中微子的质量。

一个国际科学家团队，包括麻省理工学院的研究人员，已经接近确定难以捉摸的中微子的质量了。这些像鬼一样的粒子渗透到整个宇宙中，但据认为几乎是无质量的，成千上万的粒子流过我们的身体，而几乎没有留下任何物理痕迹。

研究人员确定中微子的质量应不超过1电子伏特。科学家先前估计中微子的质量上限约为2电子伏特，因此这一新的估算将中微子的质量范围降低了一半以上。

新的估算是根据德国卡尔斯鲁厄理工学院的卡尔斯鲁厄Tri中微子实验KATRIN的数据确定的，并在上周的2019年天体粒子和地下物理学会议上进行了报道。实验触发tri气衰变，继而释放中微子以及电子。中微子很快消散，但KATRIN的磁体序列将tri的电子引到实验的心脏-一个巨大的200吨光谱仪，可以在其中测量电子的质量和能量，然后研究人员就可以计算出其中的质量。相应的中微子。

麻省理工学院物理学教授约瑟夫·福马焦（Joseph Formaggio）是KATRIN实验小组的主要成员，并与麻省理工学院新闻网就中微子搜索的新估计和未来道路进行了交谈。

问：根据KATRIN的发现，中微子的质量不能超过1电子伏特。为我们提供此上下文：这是多么轻，中微子的最大质量可能是人们先前所想的一半，这有多大意义呢？

A：嗯，这有点困难，因为人们（包括我自己在内）对任何粒子的质量并没有真正的直观认识，请尝试一下。考虑很小的东西，例如病毒。每个病毒由大约一千万个质子组成。每个质子的重量比该病毒的每个电子苷重约2000倍。我们的结果表明，中微子的质量小于单个电子的1 / 500,000！

让我换一种说法。在您周围每立方厘米的空间中，大约有300个中微子穿过。这些是大爆炸之后的早期宇宙遗迹。如果将太阳中的所有中微子相加，则大约等于或小于1千克。所以，是的，很小。

问：是什么决定了中微子的新质量极限？麻省理工学院在搜索中的作用是什么？

A：这个新的质量极限来自研究studying的放射性衰变，,是氢的同位素。当tri衰变时，它会产生3氦离子，一个电子和一个反中微子。但是，我们实际上从未见过抗中微子。电子携带有关中微子质量的信息。通过研究以允许的最高能量发射的电子的能量分布，我们可以推论中微子的质量，这要归功于爱因斯坦方程E = mc2。

但是，研究那些高能电子非常困难。一方面，有关中微子的所有信息都嵌入了光谱的一小部分-不到十亿分之一的衰变用于此测量。因此，我们需要大量的inventory库存。我们还需要非常非常精确地测量这些电子的能量。这就是建立KATRIN实验如此棘手的原因。今天我们提出的第一个衡量标准是近二十年来的艰苦努力和规划的高潮。

当我2005年来到波士顿时，麻省理工学院（MIT）加入了KATRIN实验。我们的小组帮助开发了仿真工具，以了解我们的探测器对高精度的响应。最近，我们参与了开发工具来分析实验收集的数据。

问：为什么中微子的质量很重要？将其精确质量变为零的原因是什么？

A：中微子根本没有质量的事实令许多物理学家感到惊讶。我们早期的模型预测中微子应该具有精确的零质量，这一假设被中微子在不同类型之间振荡的发现所打消。这意味着我们并不真正了解导致中微子质量的机制，它可能与其他粒子达到质量的方式大不相同。同样，我们的宇宙充满了来自大爆炸的原始中微子。因为它们是如此丰富，所以即使是很小的质量也对宇宙的结构和演化产生重大影响。

这项测量仅代表KATRIN的测量开始。仅用大约一个月的数据，我们就可以将以前的实验极限提高两倍。在接下来的几年中，这些限制将稳步提高，有望带来积极的信号（而不仅仅是一个限制）。地平线上还有许多其他直接中微子质量实验，它们也在争相获得更高的灵敏度，并由此获得发现！

有关此主题的更多信息，包括有关KATRIN如何工作的更多详细信息，请阅读KATRIN Breakthrough扩展了对难捉摸的中微子粒子的理解。