最神祕的基本粒子微中子,質量上限更新為 0.8eV

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 16 日 18:27 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


被稱為幽靈粒子的「微中子」是所有基本粒子中最神祕一員,它們來無影去無蹤,就算每秒有數十億個微中子穿越周遭,我們也探測不到,也因此測量微中子質量相當困難。現在,一個國際研究團隊繼 2019 年的實驗後,再度更新了微中子質量上限為 0.8eV。

微中子是宇宙中最豐富的亞原子粒子之一,它們類似電子但沒有電荷,且幾乎沒有質量(一度被認為輕到無法測量),這代表它們很少與正常物質相互作用,物質也阻礙不了微中子行進,一個微中子穿越長 100 光年的鋼鐵都不會減速。事實上,現在就有數十億個微中子通過你的身體,只是你不會有任何感覺。

既然對日常無甚影響,為什麼我們還要尋找微中子呢?倫敦帝國理工學院天文學家 Yoshi Uchida 說,如果一顆超新星爆炸,它們會在開始坍縮成黑洞之前射出微中子,若我們可以順利探測這些穿越宇宙撞到地球的微中子,就能充當早期預警系統,提醒天文學家注意哪裡可能發生令人眼花繚亂的宇宙大事件。

過去,日本超級神岡微中子探測實驗(Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment)的檢測方法屬於捕捉微中子經過的間接影響,而非檢測中微子本身,因此想精確測量質量接近零的微中子是一項特別艱鉅的挑戰。

如果我們能更加鎖定微中子質量範圍,便能更了解更多宇宙訊息。

德國 KATRIN 實驗於是利用氚(Tritium,超重氫)衰變為氦、1 個電子和 1 個反電微中子的 β 衰變過程來探測微中子質量。

該團隊於 2019 年測得微中子質量上限為 1.1 eV/c 2(另一團隊則測得「最輕微中子」的質量上限僅 0.086 eV),現在儀器靈敏度提升,將微中子質量上限調降至 0.8 eV/c 2,合理懷疑微中子質量的基本尺度就在這附近。
KATRIN 實驗對微中子質量的測量會持續到 2024 年底。研究團隊正在不斷開發改進以降低背景噪音,希望逐步揭開粒子物理性質仍然未知的神祕微中子面貌。

新論文發表在《自然物理學》(Nature Physics)期刊。

(首圖來源:麻省理工學院

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