微小的、看不见的中微子粒子无处不在，但几乎不可能被捕捉到。它们每时每刻，以数十亿计的速度飞过地球和我们。它们是已知的宇宙中最小的物质粒子，并被预测为无质量的。然而奇怪的是，他们并没有。其原因仍然是一个谜，科学家还不知道它们的质量有多大。现在一个新的实验旨在测量它们的质量直接发现它们的重量不能超过1电子伏特(eV)——这是电子质量的50万分之一，电子是次轻的粒子。

9月13日，人们期待已久的结果来自卡尔斯鲁厄氚中微子(KATRIN)实验，该实验最近在德国卡尔斯鲁厄理工学院开始运行。新的测量，基于仅仅一个月的数据，将中微子质量的可能上限削减了一半，与之前从直接测量实验中得到的最佳估计相比。中微子有三种类型，称为“口味”，这个极限适用于三种不同质量的平均值。从其他粒子物理实验中，科学家也知道平均质量不可能小于0.02 eV。“中微子现在被包围了，”KATRIN团队成员、华盛顿大学物理学名誉教授哈米什·罗伯逊(Hamish Robertson)说。“令人兴奋的是，我们在仅仅一个月的时间里就展示出，我们已经改善了之前存在的世界知识。”

计算中微子的质量很重要，因为这些粒子本不应该有任何质量。物理学家所拥有的解释基本粒子的最佳理论——标准模型(Standard Model)曾预测基本粒子是无重量的，所以1998年发现基本粒子确实有少量质量时，我们感到震惊。“中微子似乎打破了我们对标准模型的理解，”KATRIN的科学家、麻省理工学院的Joseph Formaggio说。“这似乎确实暗示了一个更大的理论。”确定中微子的质量可以帮助解释它们为什么会有这样的质量，也许会为更深入的物理理论铺平道路，这也有助于解决其他谜题。

KATRIN的工作原理是研究一种被称为衰变的自然放射性过程，在衰变过程中，一个中子通过释放一个电子和一个中微子变成一个质子。该实验使用氚气体——一种氢的不稳定版本，只有一个质子和两个中子(普通氢只有一个质子，没有中子)。氚中多余的中子容易发生衰变;当这种情况发生时，实验将被喷射出的电子隔离开来，并仔细测量它们的能量。中微子本身很难捕捉，但科学家可以计算出电子和中微子应该共享多少总能量。然后，通过减去电子的能量，他们可以推断出中微子的能量，从而推断出中微子的质量。到目前为止，KATRIN还没有产生足够的数据来进行明确的质量测量，但中微子质量还不明显的事实意味着它不可能大于1ev。

根据宇宙学数据，真实值可能比这小得多。科学家们可以研究中微子的引力是如何影响星系在太空中的扩散的——中微子的质量越大，它们产生的影响就越大。“宇宙学界限是这些实验结果的补充，”密歇根大学的物理学家凯瑟琳·弗雷斯(Katherine Freese)说，她的工作是建立天体物理模型来估计中微子质量，但她并没有参与新的实验。“我们，作为一个社区，在这一点上，确实从两方面限制了中微子质量的价值。”最近的一项宇宙学分析估计这三个中微子中最小的质量不可能大于0.086 ev——这个下限甚至比卡特琳测量到的还要低。

“有间接证据表明，中微子的质量比KATRIN上周告诉我们的要小，”西北大学的理论物理学家André de Gouvêa说，他也没有参与测量。“然而，间接证据并不能取代卡特林所能做的，所以结果本身非常重要。也许更重要的是，卡特琳表明，事情正在起作用，他们似乎在轨道上走得更远。”