穿过地球核心的中微子没有显示出无菌状态

在物理学中，对不育（惰性）中微子的存在的诱人性暗示会定期出现-理论上的中微子的第四种类型，与标准模型所预测的其他三种类型不同。研究人员正在尝试使用中微子观测台IceCube（Ice Cube）找到它。这是南极强大的中微子探测器，能够识别来自外太空的中微子。难道我们发现了这个粒子并冲进了一个令人兴奋的物理学新纪元？

不行 根据2016年8月上旬发布的结果判断，对IceCube的搜索没有任何结果。没有检测到并不意味着不存在无菌中微子，而是对它们施加了最严格的限制，大大缩小了可能的能量范围，并确定了未来搜索的方向。

如果发现了无菌中微子，它们将解释旧研究中的异常现象，在标准模型之外发现新的物理学，并为诸如暗物质的本质以及宇宙中物质与反物质之间的不平衡之类的谜团提供线索。“如果添加第四个中微子，一切都会改变，” IceCube的项目经理兼合著者弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）说。

幻影的存在

要感受中微子的本质，您只需要想象一下，在阅读此句子时，至少有100万亿个中微子通过您的身体。它们通过固体物质而没有阻力，因为它们不会通过电磁力相互作用。电磁力除其他外，连接您身体的原子并防止您跌落地板。

探测中微子的可能性的原因之一是它们受到弱核相互作用的影响。这种相互作用很少发生：中微子在穿过物质时与原子碰撞，从而产生闪光。现代中微子探测器（包括IceCube）也可以观察到这一点。

无菌中微子甚至没有普通的中微子，甚至比普通中微子更令人毛骨悚然，因此不可能以这种方式检测到它们。它们具有质量，因此它们通过重力相互作用，但是不能基于此原理构建检测器。无菌中微子现在可以飞过您的身体，但尚无从得知。至少直接。

谁来寻求帮助

这并不意味着我们注定要永恒的无知。中微子不断振荡并改变其“芳香族”-它们在电子中微子，介子中微子和tau中微子之间切换。无菌中微子可以变成普通中微子，这使得检测它们的存在成为可能。

中微子穿过非常稠密的物质（例如地球的核心）时经常与物质相互作用。因此，它们的振荡模式会发生变化并进入共振状态，这增加了它们转变为无菌中微子的机会，因此研究人员正在寻找以一定角度出现的中微子，以指示它们通过了地心并进一步进入了探测器。这种中微子由于宇宙辐射而出现在北半球上方的大气中，然后穿过行星并落入IceCube。

Halzen说：“振荡混合了具有无菌中微子的所有四种风味和所有其他风味，因此，如果您使用其中一种，它将影响其他所有人。”

无菌的中微子最终将消失-它们不会出现在检测器上。如果数个通过核的中微子变成不育的中微子，那么进入的介子中微子的能量就会下降，就在与不育中微子质量相对应的位置。

幸运的是，这种能量-大约1 TeV-容易落入IceCube灵敏度，涵盖从10 GeV到10 PeV的能量。如果在该能隙中存在无菌中微子，IceCube将检测到它们。

搜索涵盖了过去两年中获得的数据，在此期间，每六分钟捕获一次向正确方向移动的中微子。数据由两个独立的小组进行了分析，得出相同的结论：在μ子中微子中未检测到能量下降，这表明存在无菌的。

谜语和机会

起初，人们相信中微子没有质量并且以光速运动。这是由标准模型预测的。但是经过30年的不确定性后，发现了中微子振荡。对于无质量的粒子，它们将是不可能的，因此它们具有质量。

“到目前为止，这是标准模型不完整的唯一标志，” Halzen说。 -标准模型之外必须有物理学。具体来说，新物理学必须隐藏在中微子中，这将有助于解释我们这个时代最大的谜团。”

这些难题，特别是暗物质的存在以及宇宙中物质与反物质之间的不平衡，是物理学家从事标准模型之外的搜索活动的动机的一部分。尽管标准模型取得了令人惊讶的成功，但它无法涵盖宇宙的大部分。Halzen说：“无菌中微子可能是理解这些任务的一种方式。”

大型强子对撞机还用于查找标准模型之外的路径，并且最近也无法检测到去年看起来如此有前途的新粒子的痕迹。Halzen说：“中微子和LHC专家正在同时攻击标准模型，以寻找新的物理学分支。”

前进的道路

未能检测到无菌中微子并不能消除它们的存在，但是每次搜索都找不到它们时，对它们存在的信心就会降低。 Halzen说：“人们看到到处都有无菌中微子的存在，这暗示着猫王还活着。” “有一些暗示，理论家对它们的存在充满信心。”

由于获得了如此宝贵的奖励，研究人员还没有准备放弃。 “在没有发现的情况下，我们无论如何都会继续搜索，当然，IceCube会在很大的动态范围内研究中微子，我们将继续研究所有能量的所有中微子，希望标准模型会给我们带来松弛，并且我们将开始寻找新的物理学” -视频中的霍尔特森说。

此外，研究人员表明，IceCube可以用于除寻找太空中微子之外的其他工作。

IceCube的合作者，另一位贡献者奥尔加·博特纳（Olga Botner）说：“这一结果突显了中微子观测站的多功能性。” “这不仅是研究强宇宙的工具，而且还是研究中微子自身性质的机会。”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN396889/