“幽靈粒子”到底有多重?科學家最近有了突破性進展
更新于:2025-04-11 20:20:23

週四,試圖發現難以捉摸的中微子質量的科學家宣佈了中微子重量的新限制,將之前的估計減半。中微子是一種微小的“幽靈粒子”,可以解決宇宙中一些最大的謎團。

自從中微子的存在在近一個世紀前被提出以來,世界各地的科學家一直在努力了解它們,尤其是它們的品質。

這很重要,因為中微子作為宇宙中最豐富的粒子,“編織了一條連接無限小和無限大的線,”法國替代能源和原子能委員會的物理學家蒂埃裡·拉塞爾告訴我們。

它的品質“影響著構成宇宙的結構,”他補充說。

自138億年前宇宙大爆炸以來,這些看不見的粒子就一直在宇宙中肆虐。

中微子的數量很難理解 —— 宇宙中每個原子大約有10億個中微子。

然而,由於它們的品質很小且不帶電荷,中微子很少與物質相互作用。

例如,人們認為每秒有數萬億個所謂的幽靈粒子穿過人體,而我們對此卻一無所知。

這使得它們非常難以研究。但並非不可能。

追逐幽靈

自2019年以來,來自6個國家的100多名科學家一直在尋找中微子,這是德國卡爾斯魯厄理工學院KATRIN合作專案的一部分。

在週四發表在《科學》雜誌上的一項研究中,該團隊宣佈,中微子的品質不能超過0.45電子伏特。

這還不到質子品質的十億分之一,而質子在每個原子的原子核內。

中微子品質的新上限大約是KATRIN在2022年第一次測量后宣佈的數位的一半。

KATRIN使用一個巨大的光譜儀來記錄氚的衰變,氚是氫的一種放射性形式,可以釋放電子和中微子。

這些粒子圍繞一個70米長(230英尺長)的結構旋轉,該結構由200噸重的光譜儀控制,該光譜儀在真空中運行。

電子和中微子共用衰變氚產生的能量。所以訣竅就是測量電子的能量來推斷中微子的資訊。

這需要測量大量的電子。

為了在2022年實現KATRIN的第一個結果,必須測量600萬個。

週四公佈的更準確的數位是3600萬。

“當我們在今年年底收集到所有的數據時,研究小組將測量到大約2.5億個電子,”蒂埃裡·拉塞爾說。

那將是關鍵時刻。

蒂埃里·拉塞爾解釋說,要麼這個實驗最終發現了中微子的“蹤跡”,要麼確定了它的品質小於0.3電子伏特。

暗能量

科學家們希望確定中微子的品質將有助於解開宇宙中幾個頑固的秘密。

儘管中微子非常輕,但它們已經被包括在一些試圖解釋暗能量的模型中。暗能量是一種未知的力量,被認為是推動宇宙快速膨脹的動力。

大約95%的宇宙被認為是由暗能量和同樣未知的暗物質組成的,剩下的5%是其他物質。

KATRIN合作計劃建立一個名為“TRISTAN”的新探測系統,用於尋找一種被稱為惰性中微子的新型中微子。

這些假想的粒子不與物質相互作用,但品質比普通中微子大得多。

一些科學家提出,這些奇怪的重中微子實際上可能就是我們所知道的暗物質。