@ 2018.06.10 , 17:00

打破基本模型的第四种中微子

中微子探测器做出了令人难以置信的发现:数量超出科学家预期的神秘粒子。对于这一神秘丰度最好的解释是,存在一种新型中微子,被称为“无毛”中微子。

Fermilab费米实验室MiniBooNE的这一发现再现了了几十年前的结果。早在90年代,新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的液体中微子探测器(LSND)实验中也发现中微子数量过多——较为被认同的解释是存在一种无毛中微子。

但是这里还存在着另一个问题:这么长时间里,为什么其他的中微子实验都未能再现这种异常现象?

中微子是宇宙中最丰富的粒子之一,但它们很难被发现。与电子相似,但是它们没有电荷且只有很小的质量,几乎只受亚原子力的影响,所以它们与正常物质只存在着很小的相互作用。

物理学家、诺贝尔奖得主温伯格曾半开玩笑地指责到:“不带电,还几乎没有质量!你不觉得羞愧吗,中微子?”

所谓无毛的中微子,在理论里只受重力的影响。如果这种中微子存在,他们将会打破标准模型,并永远地改变粒子物理的面貌。这些粒子甚至被认为是可能构成暗物质的候选者。

但是微弱的相互作用,也意味着无法通过像LSND或MiniBooNE这样的实验直接检测到无毛中微子,后者是使用光电倍增管来检测中微子相互作用产生的微小闪光。

打破基本模型的第四种中微子

然而,过量的中微子揭示了粒子的存在性,因为理论上说,它们可以与正常的中微子混合并改变振荡的幅度。

早些时候MiniBooNE的结果显示了电子中微子和反中微子的过量,物理学家们对此感兴趣,但抱有谨慎的怀疑;而最新的结果更加显著。

该实验的目的是复制早期的实验,验证中微子可以改变“味道”。 现有的中微子有三种类型,或者被称为三种味,分别是电子中微子,μ中微子,τ中微子。研究人员能够区分它们,是因为它们与探测器中的原子相互作用时,会产生不同的粒子——电子中微子产生出电子,μ中微子产生出μ子,τ中微子产生出τ子(μ子和τ子是电子的比较重的堂兄)。奇怪的是,这三种味道是可相互变换的。

他们观察到2437次转换事件——比预期多出460次。

正如其他物理学家所建议的那样,LSND的结果不太可能是误差造成的影响。

但还有其他一些实验无法再现这一结果,其中包括2007年在MiniBooNE上的实验。

最令人沮丧的是2016年南极IceCube中微子探测器的结果。在分析了10万次 “变味” 中微子的数据之后,物理学家们宣布他们没有检测到无毛中微子存在的证据。

这并不意味着它们不存在。但这并不意味着它们确实存在;或许,其他粒子可能也会导致LSND和MiniBooNE的结果。

到目前为止,最新结果刚刚发布不久,所以还没有经过同行评审。

我们知道自己看到了某种现象,但是不知道造成现象的原因——或者说为什么寻找它们的实验时灵时不灵。但可以肯定的是,我们不久将会听到更多有关无毛中微子的消息。

arXiv上可以查看全文

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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