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“幽灵粒子”可以提高对宇宙的理解

2019-05-28

  数以万亿计的中微子或幽灵粒子每秒都会穿过我们。虽然科学家们知道这一事实,但他们并不知道中微子在宇宙中扮演什么角色,因为它们非常难以测量。

  在南极的IceCube中微子观测站观测到的中微子振荡的新测量结果揭示了关于中微子基本属性的突出问题。这些新的中微子测量结果在他们旅行时从一种类型变为另一种类型在华盛顿举行的美国物理学会会议上提出。它们可以帮助填补标准模型中的关键空白,标准模型描述了科学家能够测量的每个能量尺度下基本粒子的行为。

  “虽然标准模型是一个准确的理论,它会留下一些空洞,就像暗物质的性质以及宇宙如何充满物质,而不是反物质,是从大爆炸中产生的。我们不知道如何填充它们然而,“MSU物理与天文学副教授Tyce DeYoung说。“我们希望通过测量中微子的特性,例如它们的质量以及它们如何从一个变为另一个变形或振荡,我们可以得到一些关于这些开放问题的线索。”

  中微子是奇怪的粒子。与构成普通物质的其他基本粒子(如电子和夸克)不同,中微子没有电荷。它们至少比科学已知的任何其他粒子轻一百万倍。事实上,他们的群众是如此之小,科学家还没有准确地测量它们。

  考虑到这一点,DeYoung将他的工作与钓鱼之旅进行了比较,其中科学家并不十分确定使用的最佳诱饵。然而,通过南极冰层“捕鱼”正在产生有希望的结果并缩小搜索范围。

  “作为物理学家,我们希望希格斯玻色子会指出我们超越标准模型的物理学;不幸的是,我们对希格斯的测量并没有发现许多线索,”DeYoung说。“所以我们希望我们可以通过研究中微子找到一些东西。冰块探测到的中微子具有比其他实验更广泛的能量和距离,因此我们投入了大量的网络。”

  宇宙射线撞击地球大气层产生的高能中微子可以在南极探测到,使用南极冰作为地球上没有其他物质的粒子探测器。

  IceCube数据表明,一种中微子可能包含完全相等数量的两种中微子“味道”。

  “中微子有三种类型之间的变化或振荡的习惯,我们将它们称为'味道',”在会议上提出新结果的MSU研究员Joshua Hignight说。“因此,如果一个中微子是两种口味的完全相同的混合物,它可能是一个令人惊讶的巧合,或者可能有更深层次的原因使它从物理学中超越标准模型。”

  这些测量与使用具有较低能量的中微子的其他实验的结果一致,但这种风味混合物是否完全平衡仍然存在争议。IceCube物理学家将继续完善他们的分析并收集更多数据。DeYoung说,未来的数据将使这些测量更精确。

  IceCube是世界上最大的中微子探测器,在美国阿蒙森 - 斯科特南极站下方使用了十亿吨的南极冰盖来观测中微子。它由来自12个国家的48所大学和国家实验室的300名物理学家合作运营。在国家科学基金会和其他国际资助机构的支持下,建设成为可能。

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