有史以來最精確的測量使我們更接近于了解“幽靈”粒子的真實質量

幽靈的安息之團中微子是粒子物理學中最受歡迎的量之一，科學家們離準確確定又近了一步，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導的一項新實驗。

如果知道中微子的質量，它可能會打開通往物理學領域的大門。粒子物理學的標準模型，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。曾經有人認為它根本沒有質量，現在很明顯，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量，這也以不同的形式出現，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則。精確地將它令人難以置信的小質量的涂抹相加，甚至可能有助于確認和排除粒子物理學中的新模型。

然而，物理學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但在那段時間里，它留下了它的痕跡或痕跡，物理學家可以從中推斷出質量。

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，數十億個中微子現在正在你的身體里飛馳，大多數是在從太陽出發的途中，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成物質的基本組成部分。他們是最豐富的顆粒在宇宙中具有質量，并且知道是什么賦予了這些中微子如此微小的、非零靜止質量的變化，可以幫助物理學家解決或理解其中的一些矛盾。標準型號中微子以它們振蕩的方式存在。

物理學家一直在穩步前進完善他們的最佳估計中微子個體和集體質量的上限使用各種方法.這最精確的測量然而，中微子發現一種叫做電子的“味道”不能超過0.8電子伏特。將其轉換為相對于 1 公斤（或 2.2 磅）的質量，與太陽相比，這就像四個葡萄干的重量。

設定在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。

獲得中微子質量的另一種方法，無論多么微小，都是研究當人造同位素鈥-163的原子核從其最內層的殼層吸收電子時會發生什么。結果，質子轉化為中子，產生元素鏑-163，并釋放中微子。

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

這被計算為所謂的Q 值：能量的差異，可以轉化為衰變反應后原子粒子總和中“缺失”的質量。這種質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，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值與其他實驗結果結合使用“對于評估中微子質量測定中的系統不確定性至關重要”在他們發表的論文中寫.

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合，以理解為什么粒子世界中奇怪的、閃閃發光的幽靈表現得像惡作劇者。

該研究已發表在自然物理.

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