中微子被認為是自然界中最讓人好奇的粒子，科學家們執着于揭示它的特性與質量等“身世之謎”，例如，中微子是否馬約拉納粒子？即，反物質粒子是否其自身？1934年，著名物理學家費米将一種“類似于幽靈、能導緻能量丢失的粒子”命名為中微子，其意為 “小且中性的粒子”，以此區别于大質量且中性的中子。1998年，中微子振蕩的實驗研究證實了一種“味道”的中微子自發地變成另一種“味道”的現象，從而确定了中微子具有微小但非零的質量。該項工作獲得了2015年諾貝爾物理學獎。然而，在标準模型中，中微子的質量起源仍然是個謎團——希格斯機制無法解釋中微子的質量。物理學家相信，中微子與超出标準模型的新物理有着密切的聯系。

1978年，諾貝爾物理學獎獲得者史蒂芬·溫伯格引入了一個高量綱相互作用算符。在此基礎上，物理學家提出可能存在非常大質量的馬約拉納型中微子，而且這些中微子在目前可獲得的碰撞能量下無法被直接觀測到。然而，這些馬約拉納型中微子可以與标準模型的中微子相互作用，導緻标準模型的中微子質量很小但不為零，這也正如實驗所觀察到的一樣。此外，這些馬約拉納中微子的質量越大，标準模型中微子的質量就越小——這一假說被稱為 "跷跷闆模型"。在這個模型裡，較重的中微子在“跷跷闆”上扮演一個“大孩子”的角色，通過擡起較輕的中微子而使它具有較小質量。不過，使用“跷跷闆”模型是有條件的，即中微子是馬約拉納粒子。

通過矢量玻色子散射過程來探測重的中微子以及高量綱溫伯格算符的示意費曼圖。

尋找包括重的馬約拉納中微子在内的新物理是粒子物理學的最重要的目标，也是歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（large hadron collider; LHC）上的重大課題。beat365官方网站技術物理系、核物理與核技術國家重點實驗室高能物理團隊李強研究員課題組，利用CERN的大型強子對撞機的緊湊缪子線圈（compact muon solenoid; CMS）探測器實驗所收集的13 萬億電子伏（TeV）質子—質子對撞數據，首次通過矢量玻色子散射過程對重馬約拉納中微子和高量綱溫伯格算符進行了探測，對質量大于2TeV直至25TeV的重馬約拉納中微子，以及對5維的溫伯格算符進行了首次直接限制。相關結果于2023年7月6日發表于《物理評論快報》，被選為“物理亮點”（ Featured in Physics）和“編輯推薦”（ Editors' Suggestion），并且被“物理觀點”（Physics Viewpoint）熱點報道。李強課題組在CMS國際合作組提出并領導了這兩項工作，beat365官方网站2017級博士研究生肖傑（現為法國裡昂第一大學CMS組博士後）擔當分析負責人， 肖傑和beat365官方网站2019級博士研究生錢思天在CMS合作組内作了預審核及審核報告。 上述研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等大力支持。

論文原文鍊接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011803

物理觀點熱點報道: https://physics.aps.org/articles/v16/20