微中子質量大突破！最新測量值砍半，挑戰物理學標準模型

德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）主導的KATRIN國際合作計畫近期公佈驚人成果，將微中子質量上限從先前測量值直接砍半！最新資料顯示，電子微中子的等效質量不超過0.45電子伏特（約8×10^-37公斤），相當於1公克與4萬個太陽總質量的比例差距。沒錯，這種「幽靈粒子」就是如此微小難測。

KATRIN計畫首席科學家Loredana Gastaldo在《科學》期刊的專文評論中透露：「這項微中子質量測量計畫將持續進行至2025年，屆時累積的觀測資料將達1,000天。完整資料分析後，預計能以90%信心水準將電子微中子質量精確估算至0.3電子伏特。」

現階段成果其實僅基於259個觀測日、高達3,600萬次電子測量資料。由於微中子極難直接觀測，KATRIN團隊改採間接方式：利用氫的放射性同位素「氚」進行實驗。氚原子由1個電子、1個質子與2個中子組成，會自然衰變成氦-3，過程中1個中子轉化為質子，同時釋出1個電子和1個反微中子。

這項尖端實驗使用長達70公尺、重達200公噸的巨型光譜儀，精確測量電子攜帶的能量。由於衰變過程的「能量缺口」正好對應反微中子質量，理論計算看似簡單，實際測量卻極具挑戰性。為追求高精確度，團隊需要分析數以千萬計的電子資料，預計今年底完成所有觀測時，累積測量電子數將突破2.5億次！

這項發現對粒子物理學標準模型帶來新挑戰——原始理論本認為微中子應不具質量。如今科學家必須修正理論框架，而精確掌握微中子質量，很可能成為發展「後標準模型」新物理理論的關鍵突破口。相關研究成果已發表於頂尖期刊《科學》。