卡尔斯鲁厄氚中微子（Katrin）探测器利用氚的放射性衰变来测量中微子的质量。 **Kit Katrin 合作。
物理学家希望增加中微子的重量，中微子可能是所有基本粒子中最神秘的。
目前，世界上只有一个实验有机会进行这样的测量 - 卡尔斯鲁厄氚中微子（Katrin）探测器，形状为巨大的德国齐柏林飞艇。 但其他一些实验室的研究人员一直在开发替代方法，本周他们聚集在意大利热那亚，在一个名为Numass 2024的研讨会上比较笔记。
三个团队表示，他们已经进行了小规模的实验，以证明他们的技术可以工作。 另一个小组正在研究一种可能更强大的方法。 研究人员希望构建这些设备的放大版本，最终可以与Katrin竞争，甚至改进它。
对宇宙结构的最大尺度的观测表明，中微子非常轻，质量可达012 电子伏特，比电子质量小 400 万倍。 如果正确的话，这样的估计将使中微子的真实质量超出卡特林的范围。 “我们担心卡特林，即使这是一个伟大的实验，也可能无法确定质量，”意大利米兰比可卡大学的物理学家Matteo Borghesi说，他在研讨会上介绍了他的团队在替代实验技术方面的进展。 “我们必须做好准备。 ”
为了称量中微子，物理学家使用放射性同位素的衰变。 在这种衰变中产生的中微子在未被发现的情况下逃逸，但它们的质量可以通过测量剩余粒子的能量来计算。
卡特琳使用氚的“衰变”，氚是一种重放射性氢同位素。 当氚衰变时，其原子核中的三个中子之一被转化为质子，喷射出一个电子（也称为粒子）和一个中微子（或者，准确地说，是相同质量的粒子，称为反中微子）。 衰变释放出众所周知的总能量，其中大部分被电子和中微子以动能的形式带走，以及被困在两个粒子质量中的能量。 中微子可以产生一系列可能的能量，但至少它必须携带其质量中包含的能量。 Katrin旨在通过测量相应电子的全能量范围来估计这个最小值，这可以根据电子在齐柏林飞艇形结构中的位置来确定。
到目前为止，卡特林的最佳结果是将中微子质量的上限设置为08 EV，最佳灵敏度为 02 ev。因此，当 Katrin 合作在今年晚些时候发布其最终结果时，只有当质量为 0 时才有可能2 比 08 EV 之前才能做出清晰的测量。 这样的结果将与宇宙学估计大不相同，西班牙瓦伦西亚粒子物理研究所的理论粒子物理学家奥尔加·梅纳（Olga Mena）说。 梅纳说，在卡特林可以测量的范围内获得中微子的质量将需要“奇怪的，非平凡的物理学”，例如以前未知的基本力影响中微子，或者爱因斯坦引力理论的变化。
物理学家希望开发一种技术，最终提高对较轻质量的灵敏度，并在实验之间提供交叉检查。 德国海德堡大学（University of Heidelberg）的物理学家洛雷达娜·加斯塔尔多（Loredana Gastaldo）表示，努马斯研讨会的举办正值该领域一个有趣的时刻，因为其中一些替代方案现在已经成熟到可以转化为全面实验的地步。 一种选择利用钬-163的衰变，钬-163是稀土元素钬的放射性同位素。
与氚不同，钬 163 不会发生衰变。 相反，原子中的一个电子被其原子核中的质子“捕获”。 这将质子转化为中子，释放出中微子和光子。 被捕获的电子在原子电子的构型中留下一个间隙，其他电子迅速重新排列以释放能量。 如果原始的钬原子嵌入材料中，则会获得所有这些能量，从而产生少量热量，可以用足够灵敏的探测器进行测量。
1981年，在巴西里约热内卢逗留期间，欧洲核子研究中心的理论物理学家阿尔瓦罗·德·鲁茹拉（Álvaro de Rújula）首次提出了使用这种方法的想法，称为电子捕获。 他说，当时他在科帕卡巴纳附近的海滩上，突然从观察附近舒格洛夫山的形状中获得灵感，该山具有“电子捕获光谱的形状”（该图显示了可以测量为衰减残热的能量范围）。
物理学家在经过一些初步尝试后放弃了这个想法，但在 1990 年代后期，Gastaldo 和另一位物理学家 Angelo Nucciotti 在米兰-比可卡再次提出了这个想法。 德鲁朱拉说，尽管这两个团队的资金和人手都相当不足，但他们“英勇地”工作，多年来几乎没有得到认可。
两组中的每一个都采用了不同的方法将钬-163注入嵌入敏感热探测器中的一块金属中，该探测器保持在接近绝对零度的温度下。 两个团队都表明他们可以高精度地测量能量。 2019 年，Gastaldo 和她的合作者将中微子质量的上限设定为 150 EV，他们目前正在努力将其增加 10 倍。 “我们现在可以证明钬也在游戏中，”加斯塔多说。
剑桥麻省理工学院（MIT）的物理学家朱莉安娜·斯塔丘斯卡（Juliana Stachurska）在研讨会上描述了另一种方法。 在一项名为Project 8的实验中，她和她的合作者将低密度氚气体放入一个磁瓶中，该磁瓶利用磁场捕获衰变中的电子。 在去年发表的研究1中，研究人员表明，他们可以通过分析无线电波来高精度地测量电子的能量。 该团队计划改用原子氚，这更难处理，但将消除一些限制先前实验精度的实验不确定性，包括卡特林。 “以前没有人做过原子氚，”Stachurska说。
Project 8实验正在测试一种测量中微子质量的新技术。 亚历克·林德曼。
麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的物理学家、Project 8的发言人约瑟夫·福尔马吉奥（Joseph Formaggio）表示，他希望有朝一日能建立一个大规模的实验版本，将灵敏度降低到004 EV，小到足以打破宇宙学实验的严格限制。
更进一步，一项名为托勒密的拟议实验使用固体而不是气态氚，附着在称为石墨烯的原子薄碳材料薄膜上。 这将使研究人员能够吸收更多的氚并获得更多的放射性排放。
博尔格西说，目前，社区正在热切等待卡特林的最终结果。 即使在实验达到其设计灵敏度的极限之后，参与的研究人员仍计划继续进行升级。 卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology）的物理学家马格努斯·施尔·塞尔（Magnus Schl Sser）表示，他在研讨会上的主要信息是，“卡特林不会在当前的竞选活动后关门大吉。 **10,000粉丝奖励计划