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現在是物理學史上的一個重要時刻

在一項重大的中微子研究中,理論預測和實驗結果之間出現了奇怪的差距。這可能就是難以捉摸的

中微子的跡象——惰性中微子是非常、非常安靜的粒子,只能通過它行過後留下的沉默尾跡被檢測到。

(示意圖)

這不是第一次出現這種異常現象,暗示中微子領域存在一些奇怪的東西。這一次,它是在 Baksan惰性過渡實驗(BEST)中檢測到的。

如果它是惰性中微子的明確證據,那可以為物理學家提供宇宙神秘暗物質的可靠候選者。另一方面,實驗結果也可能表示,用於描述老派中微子古怪行為的模型是錯的。

無論哪種,都將成為物理學史上的一個重要時刻。

「結果非常令人興奮。」洛斯阿拉莫斯國家實驗室物理學家史蒂夫·埃利奧特說。

「這肯定再次證實了我們在之前的實驗中看到的異常情況。但這意味著什麼並不顯然。現在關於惰性中微子的結果相互矛盾。如果結果表明基本的原子物理學是錯的,那也將非常有趣。」

儘管中微子是宇宙中最豐富的粒子之一,但眾所周知,中微子很難捕捉。當你幾乎沒有任何質量,沒有電荷,並且只能通過微弱的核力來表明你的存在時,即使是最密集的材料也很容易不受阻礙地穿過。

中微子的幽靈般的運動並不是它唯一有趣的品質。每個粒子的量子波隨著它的快速移動而變形,在與它們的帶負電粒子表親——電子、μ子和 tau相呼應的特徵「味道」之間振盪。

1990年代美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室對中微子振盪的研究注意到,這種翻轉的時間間隔為第四種味留下了空間,在微弱的核場中不會產生太大的漣漪.

在一片沉寂中,中微子的貧瘠味道只會在其相互作用的短暫停頓時變得明顯。

BEST在俄羅斯高加索山脈的一英里岩石下,以免受宇宙中微子源的影響。它有一個雙室液態鎵罐,可以耐心地收集從輻照鉻核心噴出的中微子。

在測量了每個罐中已轉化為鍺同位素的鎵數量後,研究人員可以反向確定在中微子通過電子味振盪時與中微子直接碰撞的次數。

與洛斯阿拉莫斯實驗自己的「鎵異常」類似,研究人員計算出的鍺比預期的少五分之一到四分之一,這暗示了電子中微子數量不足。

另一方面,許多其他對蒼白小粒子的搜索都是空手而歸,僅剩的用於預測轉換的模型在某種程度上具有誤導的可能性。

這本身並不是一件壞事。對核物理學基本框架的修正可能會產生重大影響,可能會揭示標準模型中的空白,從而解釋科學中一些尚存的重大謎團。

如果這確實是惰性中微子的標誌,那麼我們最終可能會找到某種物質大量存在的證據,它們會在空間結構中形成一個引力凹坑。

也許那就是暗物質,或僅僅是暗物質的一部分——將取決於對幽靈粒子的進一步實驗。

這項研究發表在《物理評論快報》和《物理評論 C》上。

責任編輯: 方尋  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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