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第四种中微子存在证据尚未发现 只有三种中微子

2021-10-29 10:49:47    来源:科技日报

20多年前,科学家提出利用第四种中微子——惰中微子来解释物理实验中的一些异常现象,自此便开始了搜索这种中微子的漫漫之旅。这种中微子的出现将改变我们对宇宙的根本认知,但据美国费米国家实验室官网27日报道,该机构主导的国际MicroBooNE实验首批结果出炉,四项分析都显示,没有发现惰中微子存在的证据,且结果与粒子物理学标准模型吻合:只有不多不少三种中微子。

中微子是自然界基本粒子之一,呈电中,非常小,很少与其他物质相互作用。有三种已知类型的中微子:电子中微子、缪子中微子和陶子中微子,它们可以“中微子振荡”这种特殊方式彼此“变身”。

中微子身上有很多未解之谜,是揭示宇宙在最小尺度下如何运行的独特窗口。从大约20年前开始,来自两个实验的数据让研究人员困惑不已:20世纪90年代,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁体中微子探测器LSND发现了比预期更多的粒子相互作用。2002年,费米实验室的MiniBooNE实验也发现了比计算预测更多的粒子事件。此后,科学家们也报告称,发现放射源和反应堆中微子实验存在电子中微子丢失现象。

鉴于此,科学家提出用第四种中微子——惰中微子来解释这些异常情况,惰中微子只对重力作出反应,可能会影响中微子振荡的方式,在数据中留下其独有的特征。

MicroBooNE中微子探测器重170吨,自2015年以来一直在运行,来自5个国家36个机构的200名科研人员使用尖端技术记录中微子事件的3D图像,并详细研究粒子之间的相互作用。

MicroBooNE联合发言人、耶鲁大学物理学教授邦妮·弗莱明说:“MicroBooNE通过多种类型的相互作用以及多重分析和重建技术进行了非常全面的探索,给出了相同结论:我们没有看到任何惰中微子存在的迹象,我们对最新结果非常有信心。”

研究人员表示,MicroBooNE的最新结果或许将成为中微子研究的转折点。对于中微子数据中出现的异常现象,或许无法再使用惰中微子予以解释。科学家正在研究其他可能,包括中微子碰撞过程中产生的光或暗物质,以及标准模型之外的新物理学等。

研究人员指出,意大利ICARUS中微子探测器将很快开始收集物理数据;短基线探测器将于2023年上线;深地下中微子实验则通过让中微子穿越1300公里的旅程来研究中微子振荡。这些中微子实验将使研究人员更深入揭示中微子的秘密。(记者刘霞)

关键词: 第四种中微子 存在证据 尚未发现 标准模型

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