近日，芬兰于韦斯屈莱大学加速器实验室在高精度原子质量测量方面取得重要成果，其研究表明银-110同分异构体的β衰变具有极大潜力，有望用于测定电子反中微子的质量，为未来反中微子实验铺就关键一步。

中微子及其反中微子的质量是物理学领域尚未攻克的重大谜题之一。中微子作为粒子物理学标准模型中的基本粒子，在自然界中广泛存在，主要由太阳核反应产生，每秒都有数万亿个太阳中微子穿过人体。

于韦斯屈莱大学的阿努·坎凯宁教授强调：“确定中微子和反中微子的质量至关重要，了解它们有助于我们更深入地认识宇宙的演化。”

通过核β衰变是产生电子反中微子并测定其质量的一种途径。核β衰变属于弱相互作用过程，会生成一个子核、一个电子及其反中微子，过程中释放的能量被称为衰变Q值，该值由母核和衰变产物的质量决定。

于韦斯屈莱大学博士研究员Jouni Ruotsalainen正致力于相关研究，他指出：“由于电子反中微子的质量估计至少比电子质量小五个数量级，观测其对β衰变的贡献极具挑战性。因此，释放能量极少的β衰变，即低Q值β衰变，备受关注。”

在此背景下，于韦斯屈莱大学研究人员发现了可用于反中微子质量测定的潜在核β衰变。Ruotsalainen介绍：“先前研究主要聚焦于基态β衰变，也对许多被称为同质异能体的长寿命激发态进行了研究，这些同质异能体会通过β衰变衰变。银-110同位素中的同质异能体便是典型例子，其半衰期约为250天，主要通过β衰变衰变为子核镉-110中的激发态。”

根据文献记载，银-110同质异能体在3008.41 keV激发态的β衰变Q值可能为负值(意味着衰变不可能发生)，也可能略微为正值，主要不确定性源于母核素和子核素的基态。

为降低Q值的不确定性，研究团队使用加速器实验室的JYFLTRAP彭宁阱质谱仪，测量了稳定的银-109和镉-110同位素之间的质量差。Ruotsalainen解释：“我们利用现有的放电离子源可轻松产生稳定的银离子和镉离子，再借助相位成像离子回旋共振技术测量它们的质量差。最终得到的Q值为405(135) eV，为正值，且是目前发现的任何允许的β衰变跃迁中的最低值。”

不过，并非所有银-110同质异能体的衰变都会进入镉-110中3008.41 keV的状态。为估算该比例，研究团队进行了壳模型计算。负责理论研究的马洛姆·拉马略(Marlom Ramalho)评论道：“我们的计算显示，这种异构体每百万次衰变中，大约有三次会遵循这种低能路径。虽然比例看似微小，但对于如此低能量的跃迁而言意义重大。此外，该异构体半衰期约为250天，足够研究人员获取有意义的样本，有望捕捉到大量此类罕见衰变过程。”拉马略近期在于韦斯屈莱大学完成博士论文答辩，现为约克大学奥斯卡·胡图宁基金会博士后研究员。

银-110异构体的β衰变具有允许特性，且获得了极低的Q值，同时该异构体易于通过热中子在核反应堆中产生，这些特性使其成为未来反中微子实验极具吸引力的候选者。

坎凯宁表示：“这无疑是一个值得深入研究的案例。我们与当地理论物理学家的合作富有成效，还发现了几个新的同质异能β衰变，这些可作为中微子物理学下一步的研究对象。很高兴看到，对稳定或近稳定同位素的测量依旧具有重要意义。”