有史以来最精确的测量使我们更接近于了解“幽灵”粒子的真实质量

幽灵的安息之团中微子是粒子物理学中最受欢迎的量之一，科学家们离准确确定又近了一步，这要归功于德国马克斯普朗克核物理研究所的研究人员领导的一项新实验。

如果知道中微子的质量，它可能会打开通往物理学领域的大门。粒子物理学的标准模型，它描述了宇宙中所有已知的力和基本粒子。

说中微子很奇怪是轻描淡写的。曾经有人认为它根本没有质量，现在很明显，这个几乎不存在的粒子实际上是三种类型合二为一的，当它们在太空中穿梭时，它们的身份会在奇怪的量子模糊中振荡。这种闪烁的身份意味着质量，这也以不同的形式出现，涂抹在中微子的变幻莫测的伪装。

中微子是如此轻巧和奇怪，它可能不像其他粒子那样遵循相同的规则。精确地将它令人难以置信的小质量的涂抹相加，甚至可能有助于确认和排除粒子物理学中的新模型。

然而，物理学家不能简单地称量一束静止的中微子，就像坐在秤上的葡萄一样。相反他们只能确认存在通过观察它们与其他粒子的相互作用，或通过测量他们的腐烂。一个粒子可能只有在最短暂的时刻出现但在那段时间里，它留下了它的痕迹或痕迹，物理学家可以从中推断出质量。

然而，由于没有电荷，几乎没有引力，中微子只对其他粒子施加最微弱的力。事实上，数十亿个中微子现在正在你的身体里飞驰，大多数是在从太阳出发的途中，但是他们很少互动和我们在一起。

然而，仅仅因为它们对其他亚原子粒子的影响如此之小，并不意味着中微子不是构成物质的基本组成部分。他们是最丰富的颗粒在宇宙中具有质量，并且知道是什么赋予了这些中微子如此微小的、非零静止质量的变化，可以帮助物理学家解决或理解其中的一些矛盾。标准型号中微子以它们振荡的方式存在。

物理学家一直在稳步前进完善他们的最佳估计中微子个体和集体质量的上限使用各种方法.这最精确的测量然而，中微子发现一种叫做电子的“味道”不能超过0.8电子伏特。将其转换为相对于 1 公斤（或 2.2 磅）的质量，与太阳相比，这就像四个葡萄干的重量。

设定在2022年2月，最新的估计是由卡尔斯鲁厄氚中微子实验（卡特琳）在德国，从作为超重形式的氢衰变释放的电子和中微子的喷雾中推断出来。

获得中微子质量的另一种方法，无论多么微小，都是研究当人造同位素钬-163的原子核从其最内层的壳层吸收电子时会发生什么。结果，质子转化为中子，产生元素镝-163，并释放中微子。

然后，物理学家可以使用各种量热仪测量这种衰变中释放的总能量，并根据原子的总质量和爱因斯坦著名的方程E = mc推断飞入以太的“缺失”中微子的质量²，其中质量和能量相等。

这被计算为所谓的Q 值：能量的差异，可以转化为衰变反应后原子粒子总和中“缺失”的质量。这种质量差异被解释为中微子。

然而，嵌入钬-163的金原子可能会影响这种衰变反应，解释克里斯托夫·施威格（Christoph Schweiger）是马克斯·普朗克核物理研究所的物理学家，也是这项新研究的主要作者。

“因此，使用替代方法尽可能精确地测量Q值并将其与量热法测定的值进行比较以检测可能的系统误差源非常重要，”他说说.

为此，Schweiger及其同事建立了一个实验，将五个所谓的围栏陷阱，将一个堆叠在放置在真空中的超导磁体中，并浸入约4开尔文（-269.1°C或-452.5°F）的液氦中。

所有这些努力都有助于屏蔽设备，使其足够灵敏，可以捕获潘宁陷阱中的粒子，并测量带电钬-163和镝-163离子之间的细微能量差异。

“对于具有最大负载的空客A-380，你可以利用这种灵敏度来确定是否有一滴水落在它上面，”Schweiger说说.

实际上，研究人员测量了入站的钬-163离子和产生的镝-163离子，得出了2,863.2±0.6 eV c的Q值⁻²，这比之前的努力精确 50 倍，该努力得出的值为 2,833 ± 34 eV c⁻².

Schweiger及其同事将更精确和独立测量的Q值与其他实验结果结合使用“对于评估中微子质量测定中的系统不确定性至关重要”在他们发表的论文中写.

虽然只是拼图的一部分，但像 Q 这样的测量的精度提高可以与各种方法相结合，以理解为什么粒子世界中奇怪的、闪闪发光的幽灵表现得像恶作剧者。

该研究已发表在自然物理.

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