虽然找到轻惰性中微子的近期前景已相当黯淡，但搜寻工作尚未结束。

卡尔斯鲁厄氚中微子实验为惰性中微子的研究带来了新的见解。中微子非常奇特。尽管每秒有数十亿个源自宇宙事件或核反应的中微子穿过你的身体，但它们几乎不留任何可观测的痕迹。粒子物理学的标准模型识别出三种类型的中微子：电子中微子、缪中微子和陶中微子。观测到这些粒子在传播过程中可以"振荡"或改变身份，证明了它们必须具有质量——这一发现曾获得了诺贝尔奖。

但一个长期存在的谜题一直困扰着科学家。来自核反应堆和特定源的中微子测量数据中存在微小且无法解释的不足，暗示着可能有更多发现。是否存在第四种"惰性中微子"，其相互作用甚至比它那些本已"害羞"的"表亲"更少？这样的发现将改写物理学教科书，甚至可能解释将星系束缚在一起的神秘暗物质。

KATRIN实验通过测量氚β衰变产生的电子的能谱，对惰性中微子进行了"最精确的直接搜寻"。如果存在惰性中微子，会在该能谱中产生一个明显的"扭结"。

KATRIN最灵敏的数据

KATRIN实验位于德国卡尔斯鲁厄理工学院，是一个长达70米、用于高精度粒子物理研究的大型设施。其运行原理是：使用高亮度气态氚源通过β衰变产生电子，利用高分辨率光谱仪测量电子能量，并使用探测器进行计数。自2019年以来，KATRIN一直在测量氚β衰变能谱，专门寻找能表明存在第四种、更重的惰性中微子发射的特征性畸变或扭结。

马克斯·普朗克核物理研究所的团队在2019年至2021年的259天里，记录了3600万个电子。这项工作代表了迄今为止利用氚β衰变搜寻惰性中微子最灵敏的尝试。其测量精度优于百分之一，获得了极为干净的测量结果，基本消除了背景噪声。然而，结果显示没有惰性中微子的踪迹。

这一确凿的"未发现"结果直接与此前的迹象相矛盾，并完全反驳了诸如Neutrino-4等实验声称观测到此类信号的结论。领导这项分析的海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的蒂埃里·拉塞尔表示："我们的新结果与STEREO等反应堆实验的结果完全互补。反应堆实验对几eV²以下的惰性-活性中微子质量平方差最敏感，而KATRIN探索的是从几eV²到几百eV²的范围。这两种方法现在一致排除了会与已知中微子类型发生显著混合的轻惰性中微子。"

对这类神秘粒子的搜寻仍在继续

虽然找到轻惰性中微子的近期前景已相当黯淡，但搜寻工作尚未结束。KATRIN联合发言人卡瑟琳·瓦莱里乌斯表示："到2025年数据采集完成时，KATRIN将在相关能区记录超过2.2亿个电子，统计量将提高六倍以上。这将使我们能够突破现有精度极限，探测低于当前限制的混合角。"

2026年，一项名为TRISTAN的重大升级将改造KATRIN。这台下一代探测器将直接测量完整的氚β衰变能谱，为探测更高质量范围的惰性中微子（甚至可能是难以捉摸的千电子伏质量范围，这些粒子或许能解释宇宙暗物质）打开新的窗口。

因此，尽管目前的搜寻尚无结果，这些"幽灵粒子"的猎手们并未放弃，并已为下一步做好准备

这项研究于12月3日发表在《自然》杂志上。

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