科學家突破性發現:銀-110同位素揭開「幽靈粒子」質量之謎
物理學界近期取得重大突破!芬蘭于韋斯屈萊大學加速器實驗室透過高精度原子質量測量,發現銀-110同位素的β衰變可能成為測定電子反微中子質量的關鍵方法。這項發現將為未來微中子研究開闢全新方向。
微中子與反微中子作為標準模型中的基本粒子,其質量測定堪稱當代物理學最重要的未解難題之一。這些「幽靈粒子」在宇宙中無處不在,光是太陽核反應產生的微中子,每秒就有數兆個穿透人體。于韋斯屈萊大學Anu Kankainen教授強調:「若能準確測定其質量,將對理解宇宙演化歷程產生革命性影響。」
研究團隊發現,電子反微中子可透過核β衰變產生,此過程同時提供測定其質量的可能性。β衰變會釋放所謂的Q值能量,其大小取決於母核與衰變產物的質量差。博士研究員Jouni Ruotsalainen解釋:「由於反微中子質量預估比電子小五個數量級,觀測其對β衰變的貢獻極具挑戰性。」因此,釋放能量極低的「低Q值β衰變」特別受到學界關注。
團隊鎖定銀-110同位素的異構體進行研究,該同位素半衰期約250天,主要透過β衰變轉變為激發態的鎘-110。研究人員利用JYFLTRAP彭寧離子阱質譜儀,精確測量穩定銀-109與鎘-110的質量差,將Q值不確定性大幅降低至405(135)電子伏特,創下目前所有允許β衰變中的最低紀錄。
理論計算顯示,每百萬次銀-110異構體衰變中,約有3次會走低能量路徑。負責理論研究的Marlom Ramalho博士指出:「雖然比例看似微小,但對如此低能量的轉變而言已相當可觀。加上250天的半衰期,研究人員有充足時間製備樣本並捕捉這些罕見衰變。」
這項發表於《物理評論快報》的研究成果顯示,銀-110異構體不僅容易在核反應爐中透過熱中子產生,其允許β衰變特性與超低Q值更使其成為未來反微中子實驗的理想候選。Kankainen教授興奮表示:「這只是個開端,我們已與理論團隊合作鎖定數個新的異構體β衰變路徑,將持續推進微中子物理研究。」