KATRIN實驗突破：微中子質量上限精確測得0.45電子伏特

德國卡爾斯魯厄氚微中子實驗（KATRIN）團隊發表迄今最精確的微中子質量上限測量結果，確認其質量小於0.45電子伏特（eV），僅為電子質量的百萬分之一。

KATRIN主光譜儀內部構造。圖片來源：M. Zacher / KATRIN合作團隊。

微中子是宇宙中最豐富的基本粒子，共有三種「味態」：電子微中子、緲子微中子與濤子微中子。這些味態會發生振盪轉換，意味著單一微中子在傳播過程中能轉變為不同型別，此現象強烈證明微中子具有質量，顛覆標準模型原先假設的無質量特性。

然而，微中子的確切質量始終是粒子物理學的重大謎題。最新發表於《科學》期刊的論文，KATRIN合作團隊公佈前五次測量活動的突破性成果。

研究人員說明：「KATRIN實驗透過分析氚的β衰變來測定微中子質量。當氚原子核內的中子轉變為質子時，會同時釋放電子和電子反微中子（微中子的反粒子）。藉由測量電子與反微中子之間的總衰變能量分佈，就能推算出微中子質量。」

在2019至2021年間歷時259天的觀測中，團隊精確測量約3,600萬個電子能量，資料量較先前實驗提升六倍。結果顯示，在90%信心水準下，電子微中子的有效質量上限嚴格限制於<0.45 eV，此數值不僅是實驗室測量史上最精確紀錄，更將先前限制標準提升兩倍精度。

「我們已分析五輪測量資料，約佔KATRIN預期總資料量的四分之一。」卡爾斯魯厄理工學院物理學家、KATRIN共同發言人Kathrin Valerius博士強調。馬克斯·普朗克核物理研究所的Susanne Mertens博士補充：「每輪測量都帶來新發現，並持續最佳化實驗條件。」

這項里程碑研究已刊載於：Max Aker等（KATRIN合作團隊）。2025。基於259天KATRIN資料的微中子質量直接測量。《科學》388(6743):180-185; doi:10.1126/science.adq9592