找到存在新的基本粒子的证据

国家加速器实验室的一项实验。 芝加哥附近的恩里科·费米(Fermilab)发现的电子中微子比预期的要多得多。 尽管许多物理学家仍然持怀疑态度,但这一事件可能成为一个全新的基本粒子( 无菌中微子)的使者。




MiniBooNE储罐中光电池吸收中微子与原子核相互作用时出现的光

费米实验室中微子实验的新报告使物理学家感到惊讶和震惊。 MiniBooNE实验发现某种类型的中微子比预期的要多得多-解释这种现象的最简单方法是存在一种新的基本粒子:无菌中微子,比三种已知类型的中微子还具有更多的分泌性和奇异粒子。 显然,该结果证实了旧实验的异常结果,从而确定了哪个MiniBooNE。

卡内基·马隆大学的斯科特·多德尔森说,中微子异常现象的持续存在令物理学家非常满意。 Brookhaven国家实验室的Anzee Slozar补充说:“这表明正在发生一些非常有趣的事情 。”

但是,确切地说,没有人能说。

麻省理工学院中微子物理学专家,MiniBooNE合作成员珍妮特·康拉德Janet Conrad)说:“我对结果非常感兴趣,但我还没准备好喊“尤里卡!”

无菌中微子的存在将彻底改变物理学的各个层面。 它最终将违反自1970年代以来一直存在的粒子物理标准模型 。 多德尔森说,这还需要一种“新的宇宙学标准模型”。 他补充说:“世界的标准情况还存在其他缺陷。” “中微子悖论可能为我们打开一个新的,改进的模型的道路。”

中微子是微小的颗粒,数十亿个每秒都通过我们的身体,但很少以某种方式与它们相互作用。 它们在电子,μ子和牛头三个“变种”之间不断波动 。 在MiniBooNE实验中,一个μ子中微子束向一个巨型石油罐的方向发射。 在通往储罐的途中,某些介子中微子必须以其质量差确定的速度转换为电子中微子。 然后,MiniBooNE跟踪电子中微子的到来,在极少数情况下,它们与油分子相互作用时会产生特征性的辐射爆发。 在运行的15年中,MiniBooNE记录了超过预期的几百个电子中微子。

对于这种意想不到的大数量的最简单的解释是,一些介子中微子会振荡到另一个更重的中微子,这是一个除了中微子之外不会与其他任何相互作用的无菌变种,然后这些重的无菌中微子中的一些会振荡成电子。 较大的质量差导致更多的振荡和更多的检测。


MiniBooNE罐的直径为12 m,内衬1520个光电管

洛斯阿拉莫斯的液体中微子闪烁计数器(LSND)在1990年代发现了类似的异常现象,需要构造MiniBooNE。 但是,在中微子的其他实验中,除了LSND和MiniBooNE以外,它还以其他原理工作,因此找不到明显的迹象表明存在所谓的无菌中微子。 马克斯·普朗克核物理研究所的沃纳·罗德霍汉Werner Rodeyokhan)说:“这是我们工作的诅咒-有些实验看到了某些东西,而另一些则没有看到。”

如果无菌中微子是新结果的解释,那么物理学家仍然无法弄清楚如何将这些新粒子的特性与我们所知道的其他一切结合起来。 也许最不愉快的事实是,当观察早期宇宙发出的光时,这意味着当时只有三种中微子。 为了理解LSND,MiniBooNE和其他实验结果的含义,“需要一个全新的理论平台”,Slozar说。

而且,特别是那些假设能够适合MiniBooNE获得的数据的无菌中微子并不能解决任何难题,因此物理学家通常开始建立有关这种粒子的存在的理论。 相当重的不育中微子可以解释看不见的“暗物质”,这显然包围了星系。 他们将使用称为跷跷板机制的数学技巧来解释为什么电子,介子和tau中微子如此轻便。 但是,由于质量小于1 eV,MiniBooNE上所谓的无菌中微子缺乏用于所述目的的质量。 罗格斯大学粒子物理学专家马修·巴克利Matthew Buckley)说:“我们没有理由期望无菌中微子(质量)为1 eV。” “但是并不是过去宇宙阻止了它向我们添加新粒子。”

混乱使许多专家感到乐观,并开始怀疑MiniBooNE和LSND成为未知错误的受害者。 布鲁塞尔自由大学的物理学家弗雷亚·布莱克曼Freya Blackman)认为,实验可能会系统地低估MiniBooNE油罐中中性牡丹衰变的速率-这些事件模仿了电子中微子的信号。

纽约大学的理论物理学家尼尔·韦纳说:“很显然,这里有一些问题需要解决,我希望它是第四中微子。” “鉴于此,我们记得这将是超出标准模型的第一个打开的粒子,因此证明其存在的门槛显然很高。”他说:“目前,我倾向于采用'等待,看'的方法。”

一个更明确的答案将出现在未来的实验中,包括康拉德(Conrad)和她的许多同事提出的IsoDAR 。 他将无需查看光束末端的某种中微子的数量,而将看到在旅途中中微子如何在不同品种之间来回振荡,从而更完整地了解振荡。 康拉德说:“我还不会把钱花在这个项目上,因为过量的中微子只是计划中的一部分。” “如果污渍可能是由其他原因引起的呢?” 要真正相信这一点,我需要看到这些具有统计意义的预测波动。”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN415457/


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