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“冰立方”未探测到惰性中微子

来源:http://www.yamatoshokai.com 作者:www.041.net 时间:2020-04-01 21:11

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冰立方中微子探测器的光学传感器进入冰层。图片来源:Jim Haugen

而这种闪光的特性,例如光的式样(存在斑点还是存在条纹)、粒子运动的方向(是从天空中向下运动,还是向上穿过地球)等,都能够揭示中微子的三个基本属性及其来源。中微子研究有一个关键优势——其他带电宇宙射线运动的轨迹因受到磁场的影响,都是弯曲缠绕的,而中微子则可不受这些因素影响,其运动轨迹为直线,也就是说,沿着其运动轨迹回溯,即可找到它们的来源。

近日,深埋在南极大陆冰雪中的巨型粒子探测器公布了对一种名为惰性中微子的假设粒子的寻找结果:完全没有。

《中国科学报》 (2013-05-23 第3版 国际)

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在冰立方(南极冰立方中微子天文台)工作的物理学家正在努力理解高能宇宙射线——从宇宙中飞来并轰击地球——的带电粒子起源,他们认为,这或许与上述中微子的起源有关。“基本上,任何你能想到可以产生宇宙射线的物体,都能同时产生中微子。” Whitehorn说,与宇宙射线轰击大气层时局部产生的中微子不同,天体物理学的中微子或许是和宇宙射线同时、由同一物体所产生的。

为了寻找惰性中微子,Halzen团队分析了渺子中微子的运动轨迹。这些粒子产生于宇宙射线和大气层中的空气分子的碰撞,并穿过地球到达探测器。冰立方团队希望发现渺子中微子在特殊能量上的衰退。这将暗示,一些渺子中微子在旅行中临时变成惰性中微子。

因此“冰立方”物理学家、同时就职于威斯康星大学麦迪逊分校的Naoko Kurahashi Neilson,尝试通过追溯新粒子的到达方向来寻找其最初来源的蛛丝马迹。“我目前的工作是搞清沿着其路径回溯,是否会发现能够产生宇宙射线的天体。”她说。不过,或许由于可研究的粒子数量太少,研究者没有发现特别有力的证据。“因为虽然相对之前,我们已经做了相当多的工作,但是,这还远远不够。”她补充说,“我们得出了不存在可辨认的中微子来源的结论。”

上世纪90年代,美国新墨西哥州洛斯·阿拉莫斯国家实验室发现一个异常信号,表明可能存在第四种中微子,而这种粒子与其他物质的相互作用甚至比普通中微子更弱。因此,科学家将其命名为“惰性”中微子。阿拉莫斯实验室认为该粒子的重量约为氢原子的十亿分之一,约1电子伏特。之后,其他研究也发现了类似异常现象。

根据已知的理论,在过去的两年中,研究者们已经识别了能量从数十兆到数百兆电子伏不等的10.6种粒子。而4月宣布发现的28种新粒子,包括两种非常高能的粒子,意味着科学家发现了中微子的新的来源。

中微子无处不在:每秒万亿个中微子飞过人们的身体。但它们与其他物质的相互作用十分微弱,难以捕捉,这就需要大型地下实验设备,探测中微子—物质碰撞。目前,科学家已经发现3种中微子:电子中微子、渺子中微子和涛子中微子,它们也能随着行进改变自己的类型。

在发现有史以来能量最高的2个中微子后,科学家利用深埋在南极点冰下的巨型粒子探测器,发现了另外26种新型高能中微子存在的迹象。这些新发现的中微子的能量要比之前发现的两个中微子的能量小一些,但似乎比宇宙射线撞击大气层——这也是地球中微子的主要来源——所形成的中微子的能量大一些。因此,这意味着,这些粒子可能由人们目前并不了解的、在深空中发生的天体物理学过程所形成。

但在分析了1年中积累的有价值数据后,研究人员没有发现证据显示存在约1电子伏特的惰性中微子。这与欧洲空间局普朗克卫星得到的结果一致,该卫星从宇宙证据中推断,在这一质量范围内,中微子家族可能就只有3个成员。

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