幽靈粒子變更輕了！KATRIN實驗重新整理微中子質量上限

微中子這種神秘又幾乎沒有質量的粒子，幾乎不與任何物質互動，現在透過KATRIN實驗揭露了更多秘密。這項國際合作計畫利用氚衰變與先進的光譜技術，大幅下修微中子質量上限，將人類對基礎物理的認知推向新境界。研究團隊已分析250天的資料，未來還將持續觀測，科學家們樂觀期待更多驚人發現。後續升級計畫更將探測假想中的「惰性微中子」——這種可能是暗物質候選者的粒子，或許會徹底改變我們對宇宙暗面的理解。

微中子堪稱宇宙中最神秘的粒子之一。它們無處不在，不僅充斥太空，甚至穿透我們的身體，卻極少與物質發生作用。在宇宙學中，微中子參與塑造大尺度結構；在粒子物理領域，其極微小的質量暗示著現有物理理論之外的未知機制。精確測量微中子質量，將是揭開更深層自然法則的關鍵。

KATRIN實驗採用尖端技術，透過70公尺長的粒子束線，結合強大的氚源與直徑達10公尺的巨型光譜儀，分析β衰變過程中釋放電子的能量，實現史上最靈敏的微中子直接測量。最新資料顯示，微中子質量上限已下修至0.45電子伏特/c²（約8×10⁻³⁷公斤），精確度較2022年最佳紀錄提升近一倍。

「自2019年啟動觀測以來，資料品質持續提升。」實驗共同發言人Kathrin Valerius（KIT）解釋：「目前我們已分析2019至2021年間五輪觀測、總計約250天的資料，這僅佔KATRIN預期總資料量的四分之一。」另一位共同發言人Susanne Mertens（MPIK/TUM）補充：「每輪觀測都帶來新見解，我們不斷最佳化實驗條件。」

資料分析團隊面臨極大挑戰，必須達到前所未有的精確度。共同分析協調人Alexey Lokhov（KIT）強調：「KATRIN資料分析難度極高，需要最高標準的準確性。」另一位協調人Christoph Wiesinger（TUM/MPIK）指出：「我們運用最先進的分析方法，人工智慧技術扮演關鍵角色。」

展望未來，KATRIN團隊表示：「微中子質量測量將持續至2025年底。隨著實驗改良與資料累積，靈敏度可望再提升，甚至可能帶來突破性發現。」目前KATRIN已領先全球微中子直接測量領域，其初步資料精確度超越前人實驗四倍。最新結果顯示，微中子質量至少比電子輕一百萬倍，解釋這種巨大質量差異仍是理論物理的重大挑戰。

除精確測量外，KATRIN已規劃下一階段計畫：2026年將安裝新型探測系統TRISTAN，用於搜尋假想的惰性微中子。這種粒子與物質的互動作用比已知微中子更微弱，若其質量落在keV/c²範圍，可能就是暗物質的候選者。此外，KATRIN++研發計畫也將啟動，目標設計次世代實驗方案，實現更精確的微中子質量測量。

KATRIN是由德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）主導的國際研究計畫，匯集全球150多位科學家。該實驗採用與模型無關的實驗方法，透過分析氚β衰變釋放的電子能譜，精確測量標準模型中最輕的已知粒子——微中子的質量。結合高強度氚源與史上最靈敏的光譜儀，KATRIN正推動粒子物理與天體粒子物理學的前沿發展。