摘要：利用氚衰变和先进的光谱技术，KATRIN大幅降低了中微子质量的上限，将我们对基础物理学的理解推向了新的境界。目前，KATRIN已分析了250天的数据，未来还将分析更多数据，研究人员对发现更多惊喜充满信心。未来的升级旨在探测假设的惰性中微子、潜在的暗物质候选体，

中微子是一种神秘的、几乎没有质量的粒子，几乎不与任何物体发生相互作用，KATRIN 实验正在揭示新的秘密。

利用氚衰变和先进的光谱技术，KATRIN大幅降低了中微子质量的上限，将我们对基础物理学的理解推向了新的境界。目前，KATRIN已分析了250天的数据，未来还将分析更多数据，研究人员对发现更多惊喜充满信心。未来的升级旨在探测假设的惰性中微子、潜在的暗物质候选体，并可能彻底改变我们对宇宙不可见面的认知。

中微子：宇宙的幽灵粒子

中微子是宇宙中最神秘的粒子之一。它们无处不在，穿梭于太空，甚至穿过我们的身体，但它们几乎从不与物质发生相互作用。在宇宙学中，它们在塑造宇宙的大尺度结构方面发挥着作用。在粒子物理学中，它们极其微小的质量暗示着超出现有物理学理解的未知过程。精确测量其质量对于揭示更深层次的自然规律至关重要。

这就是KATRIN实验的意义所在。KATRIN是一项国际合作项目，旨在利用β衰变过程直接测量中微子的质量。具体来说，它研究氚（氢的一种放射性形式）的衰变。氚衰变时会释放一个电子和一个中微子。通过测量发射电子的能量，科学家可以高精度地推断出中微子的质量。

为此，KATRIN 采用了最先进的技术。该实验包括一条 70 米长的光束线，其中包含一个强大的氚源，以及一个 10 米宽的大型光谱仪，用于分析电子的能量。这一装置能够实现迄今为止最灵敏的中微子质量直接测量。

中微子质量的新基准

根据现有数据，KATRIN 设定了中微子质量的新上限：小于 0.45 电子伏/平方厘米（约 8 × 10-37千克）。这几乎是 2022 年最佳结果的两倍精度。

自 2019 年开始测量以来，首批数据集的质量稳步提高。“为了获得这一结果，我们分析了五次测量活动，从 2019 年到 2021 年，总共收集了约 250 天的数据，约占 KATRIN 预期总数据的四分之一，”该实验的两位联合发言人之一 Kathrin Valerius (KIT) 解释道。

Susanne Mertens（马克斯普朗克核物理研究所（MPIK）和慕尼黑工业大学（TUM））补充道：“通过每次活动，我们都获得了新的见解并进一步优化了实验条件。”

人工智能支持的高科技分析

对极其复杂的数据进行评估是一项巨大的挑战，需要国际数据分析团队达到最高的精度。“KATRIN 数据的分析要求极高，因为它需要达到前所未有的精度水平，”联合分析协调员 Alexey Lokhov（卡尔斯鲁厄理工学院）强调道。联合分析协调员 Christoph

Wiesinger（慕尼黑工业大学/慕尼黑工业大学）补充道：“我们需要采用最先进的分析方法，其中人工智能将发挥关键作用。”

研究人员对未来充满信心：“我们对中微子质量的测量将持续到2025年底。通过不断改进实验和分析，以及扩大数据集，我们预计灵敏度会更高。”——甚至可能带来突破性的新发现。”KATRIN团队表示。

KATRIN 已在全球直接中微子质量测量领域处于领先地位，其初始数据已超越先前实验结果四倍。最新发现表明，中微子至少比电子（最轻的带电基本粒子）轻一百万倍。解释这一巨大的质量差异仍然是理论粒子物理学的一个根本挑战。

TRISTAN 和 KATRIN++：下一个前沿

除了精确测量中微子质量外，KATRIN 已开始规划下一阶段的工作。从 2026 年开始，一套名为 TRISTAN 的新型探测器系统将被安装。这项实验的升级将使我们能够寻找惰性中微子。惰性中微子是一种假设的粒子，其相互作用比已知的中微子更弱。惰性中微子的质量在 keV/c² 范围内，是暗物质的潜在候选者。

此外，KATRIN++ 将启动一项研发计划，旨在设计下一代实验的概念，以实现更精确的直接中微子质量测量。

进一步探索：锁定幽灵粒子：以前所未有的精度测量中微子质量

KATRIN合作项目

KATRIN合作项目是一项以德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）为中心的国际研究项目，汇聚了来自世界各地机构的150多位科学家。该项目的目标是采用独立于模型、基于实验室的方法，精确测量中微子（标准模型中已知的最轻粒子）的质量。KATRIN通过分析氚β衰变过程中发射的电子能谱来实现这一目标。该实验将高

强度氚源与迄今为止最灵敏的光谱仪之一相结合，实现了前所未有的中微子质量测量精度，并推动了粒子物理学和天体粒子物理学的前沿发展。

来源：彬哥聊科学