微中子量子尺寸驚人發現：比原子核大上千倍

微中子被認為是宇宙中僅次於光子的第二常見粒子，也是質量粒子中最豐富的一種。然而，物理學家們直到不久之前還在懷疑是否能夠透過實驗證明它們的存在。微中子與其他物質（包括我們的探測器）的相互作用極其微弱，以至於只有極少一部分能夠被觀測到。最近，科學家間接探測到一個能量比之前記錄保持者高出35倍的微中子，這顯示了我們對它們的認識仍存在巨大空白。

當我們成功觀測到微中子時，可以合理估計它們的能量，但許多其他測量，包括它們的尺寸，仍然超出我們的能力範圍。在一篇新論文中，研究團隊將微中子描述為「自然界中最難理解的基本粒子」，但他們也透過使用嵌入超導鉭鋁感測器中的放射性鈹，幫助改變了這一現狀。

亞原子粒子並不像我們熟悉的物體那樣具有固定尺寸。相反，波粒二象性意味著它們以波狀機率分佈的形式存在。在微中子的情況下，這種波包的擴充套件一直未知。過去對微中子尺寸的估計範圍相差十萬億倍，這就像無法分辨某物是彈珠大小還是地球到太陽的距離。

研究團隊讓鈹-7原子衰變為鋰，這一過程產生了我們從太陽中探測到的一些微中子。科羅拉多礦業學院物理學副教授Kyle Leach表示：「透過精確測量鈹衰變產生的鋰原子的行為，我們直接獲得了微中子的量子特性——這些粒子以難以探測而聞名。」

這種方法被稱為超導隧道結實驗中的鈹電子捕獲（BeEST），其原理是微中子和鋰核糾纏在一起，因此對其中一個的測量可以告訴我們另一個的資訊。研究團隊得出結論，這種情況下的微中子空間寬度大於或等於6.2皮米。這是一個小原子半徑的十分之一，但大約是原子核尺寸的一千倍。然而，這仍然比之前研究的最高階小得多，之前的研究認為微中子可能直徑達2米（7英尺）。微中子有不同的「味」，這些測量僅適用於被稱為電子微中子的型別。

大多數研究微中子的實驗裝置要麼是像大型強子對撞機這樣的強大粒子加速器，要麼是埋在冰中或海底的巨型收集器場。然而，這個團隊可以使用比人類頭髮還薄的超導感測器觀察鋰原子的行為，使得實驗可以在一個普通的實驗室中進行。Leach表示：「我們的工作是一個很好的例子，展示了小規模、高精度的實驗如何補充大型粒子對撞機的發現。」

Leach還說：「這只是冰山一角。我們的發現可能具有深遠的影響，從完善粒子物理學的標準模型到改進探測核反應堆和天體物理來源的微中子的方法。我們對未來充滿期待。」這項研究以開放獲取的形式發表在《自然》雜誌上。