EP.311 微中子的第四種型態，正式出局？

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本集探討微中子的第四種型態及其在科學實驗中的最新發現。

EP.311 微中子的第四種型態，正式出局？ 宇宙中到處都是微中子（neutrino），但是這些粒子只參與「弱核力」，想偵測它們的蹤跡變得極其困難。數以兆計的微中子每秒都在穿透我們的身體，但是我們卻跟那個被腳踏車壓到腳的阿罵一樣「沒港覺」。 其實微中子似乎還隱藏著更大的謎團：從「鎵異常」（Gallium Anomaly）到「反應爐反微中子異常」（Reactor Antineutrino Anomaly），全球多項實驗都出現了持續存在、無法解釋的奇怪結果，在這些實驗中，觀測到的微中子數量與理論預測明顯不符。如何解釋這些異常呢？有人提出一個大膽的假設：宇宙中可能在已知的「電微中子」、「渺微中子」以及「淘微中子」（對應於電子、渺子、淘子這三種「輕子」）之外，存在第四種「惰性微中子」（sterile neutrino）。之所以稱為「惰性」，是因為它甚至連弱核力都不參與，堪稱「I 人中的超級 I 人」，如果它真的存在，標準模型就要改寫了。 不只如此，如果惰性微中子真的存在，它的「超級 I 人」特性，說不定就是大家找了半天沒結果的「暗物質」的真面目。 為了驗證這個假說，德國 Karlsruhe Institute of Technology 利用一台巨大的儀器「KATRIN」（Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment），用前所未有的精確度來驗證惰性微中子是否存在。 惰性微中子幾乎不可能被直接偵測，透過極精密測量氚原子（Tritium）β衰變（變成一個氦原子核、一個電子以及一個反電微中子）的電子能量，就能看出微中子帶走多少能量，進而反推出微中子的質量。 KATRIN 實驗裝置長達 70 公尺，其核心是一個超高解析度磁性絕熱準直與靜電高通過濾器（magnetic adiabatic collimation and electrostatic high-pass filter，MAC-E）。當電子通過時，只有能量最高的電子才能克服其電場，抵達偵測器。科學家藉由調整電場，就可以精確掃描電子能譜的最頂端區域。理論預測，如果惰性微中子存在，它會讓電子能譜稍微「抖一下」，物理學家稱之為「kink signature」。如果出現這個特徵，就是 β 衰變中出現了惰性微中子的決定性證據。 在歷時 259 天的測量中，KATRIN 團隊分析了高達 3,600 萬次電子事件，結果顯示：「什麼都沒有」。電子能量的行為服服貼貼，沒有任何抖動，看不出任何新種微中子的跡象，信心水準高達 99.99%！ 這個結果排除了「惰性微中子」的可能性，這也讓「鎵異常」、「反應爐反微中子異常」的解釋又回到了原點；想要一口氣連「暗物質的真面目」也一併解決的夢想也泡湯了。科學家得要另起爐灶來解決這些問題了。…

People in this episode

Host: 傻呼嚕同盟

Topics covered

• 微中子
• 弱核力
• 暗物質
• KATRIN實驗
• 科學實驗

Keywords

• 微中子
• 惰性微中子
• 弱核力
• KATRIN
• 科學實驗
• 鎵異常
• 反應爐反微中子異常

Mentioned in this episode

Organizations: Karlsruhe Institute of Technology

Products: KATRIN

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