中微子质量测量是一个长期悬而未决的重大科学难题，对粒子物理、天体物理及宇宙学具有重要意义。放射性核素的β衰变或轨道电子俘获（EC）能谱是直接测量中微子质量的主要方式。其中，β衰变能谱末端的衰变率正比于(ΔE/Q)3，ΔE为末端能量区间，Q为衰变能）；EC过程能谱末端的衰变率正比于(ΔE/Q)2。因此，在相同衰变统计量的情况下，衰变能越低，能谱末端可以产生越多的事例，从而显著提升测量灵敏度。当前世界上直接测量电子中微子质量的实验方案主要分两类：一类基于氚（衰变能18.6 keV）的β衰变过程，采用磁谱仪（如KATRIN实验）或回旋辐射发射光谱法（如Project 8实验）；另一类基于钬-163（衰变能2.8 keV）的轨道电子俘获过程，采用超导探测器技术（如HOLMES实验和ECHO实验）。
本研究聚焦于衰变能极低（仅1.18 keV）的镝-159至铽-159的轨道电子俘获过程，提出利用极优能量分辨率的超导探测器测量该过程衰变能谱（见图1）。文章通过蒙特卡洛模拟，详细分析了镝-159同位素的衰变能谱，得到了预期的中微子质量上限；并进一步计算了能谱参数误差对中微子质量测量的不确定性，分析了多种实验本底的影响，最终预期在 90% 置信水平下可实现小于 0.2 eV的电子中微子质量灵敏度（见图2）。该实验构想有望成为中微子质量测量的有力竞争者。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.05.038
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732500578X
图1：不同中微子质量下的镝-159轨道电子俘获能谱
图2：90%置信度中微子质量上限灵敏度随探测器数量的变化（实验参数见图例）
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