幽靈般的中微子：我們越來越接近了解它的質量

中微子是目前已知的唯一質量未知的粒子，測量其質量將有助於發現超越標准模型的新物理定律。圖為卡爾斯魯厄研究中心

這個初步估計值僅來自一個月的數據，但與之前使用類似技術的測量結果相比，已經有所改進。此前的研究中，研究人員將中微子質量的上限設定為2ev。隨著數據的積累，KATRIN的目標是確定實際的中微子質量，而不是僅給出一個上限。

質量是基本粒子最基本、最重要的性質之一。中微子是目前已知的唯一質量未知的粒子，測量其質量將有助於發現超越標准模型的新物理定律。在粒子物理學中，標准模型是描述宇宙中已知粒子和力之間如何相互作用的理論，盡管到目前為止，強力、弱力和電磁力的實驗結果都合乎標准模型的預測，但該模型並不完整。測定中微子的質量也可以用來檢驗宇宙學家關於宇宙如何演化的理論，根據最後得到的中微子質量結果，我們可能會迎來宇宙學中非常激動人心的時刻。

2015年獲得諾貝爾物理學獎的一項發現改變了這種情況。物理學家發現，中微子可以從一種狀態轉變為另一種狀態，在三種“味”之間振蕩：電中微子、μ中微子和τ中微子。只有當中微子也具有三種可能的質量本征態時，這些振蕩才會發生；對於每一種味態，都可由幾種質量本征態混合形成，因此要求中微子質量非零。質量本征態在空間中以不同的方式傳播，所以當中微子從A點到達B點時，這種混合的概率就會改變，從而使探測器可以測量不同的味態。

盡管如此，與其他粒子的質量相比，中微子的質量還是太輕了，以至於物理學家都不確定中微子是如何獲得如此小的質量的。標准模型中的其他粒子通過與希格斯場（一種充滿所有空間並拖曳大量粒子的能量場）相互作用來獲得質量。但是對於中微子來說，它的質量太小了，你需要一些額外的理論來解釋它。