安装KATRIN主光谱仪的内电极系统。图片来源：德国卡尔斯鲁厄理工学院

德国卡尔斯鲁厄理工学院的国际氚中微子实验（KATRIN）团队10日公布了对中微子质量上限迄今为止最精确的测量结果，将其限定在0.45电子伏特（eV）以内，这还不足电子质量的百万分之一。这项成果进一步约束了这一宇宙中最神秘的基本粒子之一，并推动物理学超越标准模型发展。该研究成果已在最新一期《科学》杂志上发表。

作为电中性的基本粒子，中微子是宇宙中最丰富的粒子之一，以三种不同的“味道”存在：电子中微子、μ子中微子和tau中微子。这些不同类型的中微子可相互转换，这种现象被称为振荡，提供了中微子具有质量的有力证据。这与标准模型最初假设的无质量中微子相悖，然而测量它们的确切质量依然是粒子物理学中的一个重大难题。

KATRIN实验通过分析氚的β衰变来探索中微子的质量。在这个过程中，氚核转变为氦核的同时释放出一个电子和一个电子反中微子。通过研究这个过程中电子和电子反中微子之间总衰变能量分布，科学家能够推断出中微子的质量。在2019年至2021年间进行的5次测量活动中，KATRIN合作团队经过259天的数据收集，测量了大约3600万个电子的能量，数据量达到了以前的6倍之多。基于这些数据，他们设定了有效电子中微子质量的上限为小于0.45eV，置信度达到90%，这是目前实验室获得的关于中微子质量最严格的限值。

KATRIN实验计划在完成总计1000天的数据采集后于2025年结束。届时，通过对完整数据集的分析，研究人员预计能够在90%的置信水平下估计出接近0.3eV预测值的有效电子中微子质量。

这项工作不仅加深了人们对中微子本质的理解，也为探索超出标准模型的新物理开辟了道路。