结合 KATRIN 与 CMB 预测中微子质量：频率学派与贝叶斯分析

我们展示了一个如何从实验室实验和宇宙学观测推导中微子质量界限的案例。我们比较了 KATRIN 中微子质量实验预期获得的有效电子中微子质量 $m_\beta$ 的频率学派界限与贝叶斯界限，分别使用了分析似然函数和 KATRIN 的蒙特卡洛模拟。假设 $m_\beta$ 具有均匀先验，我们发现零结果在贝叶斯分析中给出约 0.17 eV 的 90% 置信度上限，而频率学派 KATRIN 参考值为 0.20 eV。相对于实验的系统误差和统计误差，这是一个显著差异。另一方面，若输入 $m_\beta=0.35$ eV（即 KATRIN 的 $5\sigma$ 探测阈值），则几乎能在相同水平上被探测到。最后，我们将模拟的 KATRIN 结果与宇宙学数据相结合，形式包括当前（WMAP 之后）和未来（模拟 Planck）的观测数据。如果在模拟中假设输入 $m_\beta=0.2$ eV，仅 KATRIN 即可在 $2.2\sigma$ 水平上排除零中微子质量。加入 Planck 数据后，探测概率提升至中位数 $2.7\sigma$。该分析突显了在同等基础上结合宇宙学与实验室数据的重要性。