中微子实验没有发现预期的新亚原子粒子的迹象

2020年08月12日 17:15 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,科学家对一种假想粒子的广泛搜索,结果却一无所获。惰性中微子是一种被提出的亚原子粒子,甚至可以成为神秘的暗物质的候选者,虽然之前的研究已经暗示了它的存在,但两个新的实验已经完全排除了它的可能性。

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中微子是一种带中性电荷的基本粒子,质量非常微小。它们有三种 "味道"--μ子、陶子和电子中微子--并且在宇宙中飞驰时可以在它们之间切换。

长期以来,人们一直在假设第四种类型:惰性中微子。现有的三种“味道”通过重力和弱核力与正常物质相互作用,而惰性中微子被认为只通过重力相互作用。不幸的是,这使得它们很难被探测到。不过这并不是因为缺乏尝试。已经设立了几个实验,试图找到惰性中微子的证据,现在已经检查了其中两个实验的数据。没有发现无菌中微子的踪迹,这可能使它们的存在受到怀疑。

“对于粒子物理学来说,这是一个重要的结果,”该研究的作者Alexandre Sousa说。“它为一个已经徘徊了20多年的问题提供了一个几乎明确的答案。”

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这两个实验采用了截然不同的检测方法。第一个实验被称为大亚湾反应堆中微子实验,是在中国香港以外的现有核电站附近设置了一系列探测器。由于中微子是在核反应堆中产生的,然后穿过大多数物质,所以这些探测器可以研究它们飞走的过程。

第二项实验名为MINOS+,由美国费米实验室运行。这将产生一束中微子,然后将其飞过734公里(456英里)的岩石,送到另一个州的另一个设施中的探测器。

在这两种情况下,科学家们都在研究中微子的振荡--它们在飞行中切换“味道”的倾向。如果μ子中微子振荡成惰性中微子,它们就会出现消失,这也是该团队期望看到的。遗憾的是,没有进行这样的探测。

“如果能找到惰性中微子的证据,我们都会感到绝对兴奋,但我们目前收集到的数据并不支持任何形式的惰性中微子振荡,”该研究的作者Pedro Ochoa-Ricoux说。

有趣的是,这些新结果与之前的实验背道而驰,这些实验记录的异常现象可能是由惰性中微子解释的。

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“我们的结果与惰性中微子对异常现象的解释不相容,”该研究的作者Adam Aurisano说。“因此,这些实验消除了一种可能性--领先的可能性--即振荡成惰性中微子完全可以解释这些异常现象。”

当然,这些结果并不一定否定惰性中微子的存在。相反,它只是缩小了它们可能具有的特性范围,帮助物理学家在未来集中精力进行搜索。“我认为惰性中微子在高能量下存在的可能性比不存在的可能性更大,”Aurisano说。“在宇宙的最开始,你会期望有惰性中微子。如果没有它们,很难解释中微子质量的各个方面。”

如果它们确实存在,惰性中微子与几个宇宙学谜团有关。它们仍然是暗物质的候选粒子之一,这种奇怪的东西被认为渗透到宇宙中,并且只通过引力与正常物质相互作用--这也是惰性中微子的预测属性。它们还可以帮助解释当今宇宙中物质和反物质之间的不平衡。

该研究发表在《物理评论快报》杂志上。

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