近日，新普京澳门娱乐场网站站app理论物理研究所曹庆宏与匹兹堡大学程焜、北京师范大学刘言东合作提出了基于快度分布的鉴别马约拉纳费米子的新方法。该成果以《在未来轻子对撞机上鉴别马约拉纳型和狄拉克型惰性中微子》（Distinguishing Dirac from Majorana Heavy Neutrino at Future Lepton Colliders）为题于2025年1月14日在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

自然界中是否存在马约拉纳费米子（其反粒子等于自身），这是马约拉纳1937年提出这一概念以来，物理学界关注的核心科学问题之一。为解释中微子质量起源而引入的惰性中微子是可能的马约拉纳费米子候选者。然而，在实验上快速有效地鉴别惰性中微子究竟是马约拉纳型还是狄拉克型费米子，长期以来一直是粒子物理领域的热点和难点。传统实验方法通常依赖探测末态轻子数的变化来判断马约拉纳中微子的特性，例如寻找两个同号轻子的信号。为了解决这一问题，合作团队提出了一种基于快度分布的新方法，专注于惰性中微子衰变产物的快度分布特性。该方法具有以下显著优势：

1. 清晰的特征模式：狄拉克型惰性中微子的快度分布呈现单一峰值，而马约拉纳型惰性中微子则表现为前向和后向两个峰值的对称分布。这一显著差异为区分两种类型提供了直观而可靠的依据。

2. 实验要求低：相比传统方法需要检测两个同号轻子，该方法仅需检测一个带电轻子，极大简化了实验操作。

3. 质量校验功能：快度分布的峰值位置由惰性中微子的质量决定，可用于校验通过其他方法获得的质量测量结果，提升实验精度。

图：惰性中微子快度分布：（a）狄拉克型惰性中微子；（b）马约拉纳型惰性中微子。

该方法为未来轻子对撞机鉴别惰性中微子性质提供了全新的思路，不仅有助于揭示惰性中微子的本质，还为理解中微子质量的起源以及区分不同理论模型（如 I 型与反型跷跷板模型）提供了重要工具。

曹庆宏为论文第一作者，程焜为共同第一作者，刘言东为通讯作者。该项工作得到了国家自然基金委和新普京澳门娱乐场网站站app高能中心的经费支持。

论文原文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.134.021801