Question

宇宙中最神秘的粒子——物理学家们反向算出中微子质量数值范围

Answer 1

我们的身体每时每刻都充满了中微子，它们无处不在，穿梭于正常物质之间，而且几乎无法被探测到，我们对它们也几乎一无所知，甚至不知道它们有多重，但是我们知道，中微子有着改变整个宇宙形状的潜在能力，正因为它们有这种能力，我们得以用宇宙的形状来反向测量它的质量。最近，一支物理学家团队就完成了这样的一项工作。

由于物理学的原因，最小粒子的行为会改变整个星系和其他巨大天体结构的行为。如果你想描述宇宙的行为，你就必须要考虑到它最小组成部分的性质。在即将发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一篇新论文中，研究人员利用这一事实，在对宇宙大尺度结构的精确测量中反向算出了最轻中微子的质量(中微子的质量有三个)。

他们从重子振荡光谱巡天中获取了大约110万个星系的运动数据，加以其他宇宙学信息和地球上规模小得多的中微子实验结果，然后把所有的这些信息输入到一台超级计算机。

这个结果虽然没有为最轻的中微子质量提供一个固定数值，但它确实缩小了这个数值的范围：这种中微子的质量不超过0.086电子伏特(eV)，大约比单个电子质量少600万倍。

这个数字为最轻的中微子质量设定了一个上限，但没有设下限，作者在论文中写道，这是因为最轻的中微子可能根本没有任何质量。

物理学家目前已经知道，三种中微子中至少有两种是一定有质量的，而且它们的质量之间还存在着某种关系。(本文还为三中微子的结合质量设定了一个上限：0.26 eV。)

令人困惑的是，中微子的三种质量并不符合中微子的三个种类：电子中微子、μ(缪子)中微子和τ(陶子)中微子。根据费米实验室的说法，中微子的每一个种类都是由三种质量的量子混合物构成的。所以一个特定的中微子既有一些质量1，也有一些质量2和质量3。正如1998年的一项发现(获得了诺贝尔物理学奖)所显示的那样，这些不同的质量可以使中微子在不同的种类之间来回变换。

物理学家可能永远无法精确确定这三种中微子的质量，但他们可以不断接近精确值。作者写道，随着地球上的实验和太空测量的改进，中微子的准确质量值将会不断缩小。物理学家如果能够更准确地测量宇宙中的这些微小且无处不在的组成部分的话，他们就能够更好地解释整个宇宙的组合方式。