替幽靈粒子秤重！KATRIN 實驗再縮限微中子質量上限：不超過 0.45 eV

對我們而言沒什麼存在感的微中子就像幽靈，能影響構成宇宙的巨大結構，科學家正不斷嘗試釐清微中子質量。近日，德國 KATRIN 實驗數據最新分析結果出爐，表明微中子質量上限不超過 0.45 eV，比電子輕 100 萬倍。

微中子質量很小（接近零）又缺乏電荷（電中性），因此不參與強交互作用及電磁交互作用，只參與重力交互作用、弱交互作用，但重力交互作用在次原子尺度十分微弱，弱交互作用的距離極短，這導致微中子非常難檢測，在穿過一般物質（人體、甚至整個地球）都不會受到太多阻擋。

研究微中子有助理解宇宙基本結構和演化，也可以獲取更多有關弱相互作用資訊，探索新物理可能性，比如超對稱理論、暗物質特性。

但迄今為止，微中子是唯一一種質量未知的基本粒子，科學家目前只能抓出微中子的質量上下限，許多實驗正努力替難以捉摸的微中子「秤重」，比如卡爾斯魯厄氚微中子實驗（Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment，KATRIN）2022 年 2 月宣布測得反電微中子（electron antineutrino）質量上限為 0.8 eV。

該實驗透過研究氚（Tritium）的 β 衰變估計微中子質量，氚原子於衰變過程釋出的電子與反電微中子僅能持有總和 18.6 keV 能量，藉由精確測量衰變能量在電子與反電微中子之間如何分配，科學家可以推斷微中子質量範圍。

KATRIN 實驗團隊近日發表繼 2022 年以來最新分析結果，表明微中子質量上限不超過 0.45 eV（只是上限，並非定義微中子確切質量），連質子質量十億分之一都不到。

理解微中子質量將幫助釐清宇宙學問題，比如星系如何聚集在一起、大爆炸以來如何影響宇宙膨脹。該實驗將持續收集數據到 2025 年底，最終結果應會確認微中子質量上限小於 0.3 eV。

新論文發表在《科學》（Science）期刊。

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（首圖僅為示意圖，來源：pixabay）