中微子比0。8电子伏轻实验以前所未有的精度限制了中微子的质量

　　在KATRIN实验的主分光计中安装电极。图片来源：JoachimWolfKIT
　　位于卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的国际卡尔斯鲁厄氚中微子实验（KATRIN）打破了中微子物理中一个重要的屏障，这一障碍既与粒子物理有关，也与宇宙学有关。根据杂志上发表的数据自然物理学得到了中微子质量的新上限0。8ev。通过一种与模型无关的实验室方法，首次将中微子推到亚电子伏质量尺度，这使得卡特林能够以前所未有的精度限制这些宇宙中的轻量的质量。
　　中微子可以说是我们宇宙中最迷人的基本粒子。在宇宙学中，它们在大尺度结构的形成中起着重要作用，而在粒子物理学它们微小但不为零的质量将它们分开，指向新的物理学超出我们现有理论的现象。如果不测量中微子的质量尺度，我们对宇宙的理解将是不完整的。
　　这就是卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）与来自6个国家的合作伙伴进行的国际KATRIN实验所面临的挑战，该实验已成为世界上对中微子最敏感的尺度。它利用氚（一种不稳定的氢同位素）的衰变，通过衰变过程中释放的电子的能量分布来确定中微子的质量。这需要一项重大的技术努力：这项70米长的实验拥有世界上最密集的氚源以及一个巨大的光谱仪，以前所未有的精度测量衰变电子的能量。
　　2019年开始科学测量后，数据的高质量在过去两年中不断提高。KATRIN是一个技术要求最高的实验，现在运行得像完美的钟表一样项目负责人、实验的两位共同发言人GuidoDrexlin（KIT）热情地说。另一位联合发言人克里斯蒂安温海默（明斯特大学）补充说，信号率的增加和背景频率的降低对新结果起决定性作用。70米长的卡特林实验，其主要成分是氚源、主光谱仪和探测器伦纳德克伦伯格卡特林合作。作者：LeonardKllenbergerKATRIN合作卡特林实验装置示意图。作者：LeonardKllenberger为KATRIN合作
　　数据分析
　　对这些数据的深入分析要求国际分析小组提供一切，该小组由两位协调员苏珊娜默滕斯（马克斯普朗克物理研究所和图慕尼黑大学）和马格努斯施勒瑟（KIT）领导。每一个影响，无论多小，都必须进行详细调查。两位分析协调员说：只有通过这种费力而复杂的方法，我们才能够排除由于扭曲过程而导致的对结果的系统偏差。我们尤其为我们的分析团队感到骄傲，他们以极大的努力成功地迎接了这一巨大挑战。。
　　这个实验数据从第一年的测量结果来看，基于一个消失的小中微子质量的模型完全匹配：由此，可以确定中微子质量的新上限0。8ev（自然物理学2021年7月）。这是中微子直接质量实验首次进入宇宙学和粒子物理重要的亚eV质量范围，中微子的基本质量尺度被怀疑在这个范围内。中微子专家约翰威尔克森（JohnWilkerson）说：粒子物理界对卡特林打破1eV的障碍感到兴奋。。
　　SusanneMertens解释了新记录的路径：我们慕尼黑MPP的团队已经为KATRIN开发了一种新的分析方法，专门针对这种高精度测量的要求进行了优化。这个策略已经成功地应用于过去和现在的结果中。我的团队有着很高的动力：我们将继续用新的创造性的i精确精确。
　　进入主分光计的KATRIN实验，以确定中微子的质量在校园北侧的KIT。作者：马库斯布雷格，基特
　　进一步测量应提高灵敏度
　　KATRIN的共同发言人和分析协调员对未来非常乐观：进一步测量中微子群众将持续到2024年底。为了充分发挥这一独特实验的潜力，我们不仅将稳步增加信号事件的统计数字，我们还在不断开发和安装改进，以进一步降低本底速率。
　　新探测器系统（TRISTAN）的开发在这方面发挥了特殊作用，使KATRIN从2025年开始着手寻找无菌的中微子质量在千电子伏特范围内，是宇宙中神秘暗物质的候选者，它已经在许多天体物理和宇宙学观测中表现出来，但其粒子物理性质仍然未知。
　　这项研究发表于自然物理学。