新的数据为中微子质量建立了上限0.45 eV/c²（相当于8 x 10^-37千克）。KATRIN在实验室中使用模型无关的方法测量中微子质量。
国际卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）在卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的最新数据再次超越了自身的成就。最新数据为中微子质量建立了上限0.45 eV/c2（相当于8 x 10-37千克）。通过这个结果，KATRIN再次创造了全球纪录，该实验在实验室中使用模型无关的方法测量中微子质量。研究人员已在期刊Science上发表了他们的结果。
中微子是宇宙中最神秘的粒子之一。它们无处不在，但与物质的相互作用极其少。在宇宙学中，它们影响大规模星系结构的形成，而在粒子物理学中，它们微小的质量是之前未知物理过程的指示。因此，精确测量中微子质量对于全面理解自然的基本法则至关重要。
这正是KATRIN实验与其国际合作伙伴的作用所在。KATRIN利用氚的β衰变来评估中微子的质量。衰变产生的电子能量分布使得中微子质量的运动学确定成为可能。实现这一目标需要高度先进的技术组件：70米长的光束线内有一个强大的氚源，以及一个直径为10米的高分辨率光谱仪。这项尖端技术使得直接中微子质量测量具有前所未有的精度。
通过KATRIN实验的当前数据，可以为中微子质量得出上限0.45电子伏特/c2（相当于8 x 10-37千克）。与2022年的最后结果相比，上限几乎减少了将近一半。
数据评估
自2019年测量开始以来，第一批数据集的质量持续提高。“为了得出这个结果，我们分析了五次测量活动，共计大约250天的数据收集，从2019年到2021年——这约占KATRIN预期总数据的四分之一，”实验的两名共同发言人之一的Kathrin Valerius（KIT）解释道。苏珊娜·梅滕斯（马克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）和慕尼黑工业大学（TUM））补充道：“通过每次活动，我们获得了新的见解，并进一步优化了实验条件。”
评估这些极其复杂的数据是一项巨大的挑战，并且需要国际数据分析团队在最高精度上的努力。“KATRIN数据的分析要求非常高，因为需要前所未有的准确性，”分析协调员阿列克谢·洛霍夫（KIT）强调。分析协调员克里斯托夫·维辛格（TUM/MPIK）补充道：“我们需要采用最新的分析方法，人工智能在其中发挥了关键作用。”
未来测量的展望
研究人员对未来抱持乐观态度：“我们的中微子质量测量将持续到2025年底。通过持续改进实验和分析，以及更大的数据集，我们期待更高的灵敏度。”——可能还有突破性的发现，“KATRIN团队表示。KATRIN在直接中微子质量测量领域已处于全球领先地位，并且其初步数据已将先前实验的结果超越了四倍。最新的发现表明，中微子的质量至少比电子轻一百万倍，电子是最轻的带电基本粒子。解释这种巨大的质量差异仍然是理论粒子物理学的一项基本挑战。
除了精确测量中微子质量外，KATRIN已经在规划下一阶段。从2026年开始，将安装一个新的探测器系统TRISTAN。此项升级将使得寻找无效中微子成为可能，这是一种假设的粒子，其与已知中微子的相互作用更为微弱。具有keV/c²范围的质量，使得无效中微子成为暗物质的潜在候选者。此外，KATRIN++将启动一个研发计划，旨在设计下一代实验的概念，以实现更精确的直接中微子质量测量。
