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粒子物理圈出了个大新闻,找了几十年的"惰性中微子",可能压根就不存在。
这个结论来自费米实验室的MicroBooNE实验,一个用170吨液态氩当"相机"的大家伙,拍了十年"中微子电影",最后告诉大家之前猜的那个"新粒子",查无实据。
要说惰性中微子,得先聊聊中微子这东西有多"傲娇"。
这玩意儿质量小到几乎测不出来,跟其他物质相互影响弱得不行,每秒几万亿个穿过你身体,你连个喷嚏都不会打。
就因为它这么"高冷",几十年前科学家发现一个怪事,某些实验里,中微子的"变身"(振荡)模式跟现有理论对不上。
咱们现在粒子物理的"宪法"叫标准模型,能解释绝大多数粒子怎么相互作用,但它有个大bug:解释不了暗物质,也说不清楚中微子为啥有质量。
所以上世纪90年代,LSND实验说看到中微子"多变"了,大家眼睛一亮会不会是有一种"惰性中微子"在捣鬼?它不参与电磁和强相互作用,只靠引力,这不正好能当暗物质的"候选人"吗?
当时不少人觉得这猜测挺靠谱,毕竟标准模型摆在那儿,中微子有质量就是铁证,说明肯定有"新物理"藏在后面。
接下来几十年,各种实验都想抓这个"幽灵粒子",结果越找越糊涂。
费米实验室的MiniBooNE实验一开始好像看到点苗头,后来仔细一分析,数据又变得模棱两可。
这时候,MicroBooNE实验登场了。
它跟之前的探测器都不一样,别人用闪烁体、水当"靶子",它偏要用液态氩。
这液态氩有啥好,打个比方,中微子撞进氩原子里,会留下一串带电粒子"脚印",液态氩探测器能把这些脚印三维重建出来,清晰度比以前高10倍,相当于从模糊马赛克直接升级到4K超清。
你想,要拍清楚中微子的"小动作",光有好"相机"还不够。
科学家们设计了个"双保险",同时使用费米实验室的"增强器中微子束"和"主注入器中微子束"。
一个能量低、离探测器近,一个能量高、离得远,两种束流的中微子"变身"规律要是能对上,结论才靠谱。
这十年可不是轻松活儿,探测器每天要记录上万次中微子事件,最后攒了几亿条数据。
团队里的科学家们每天就跟这些数据死磕,中微子撞原子核到底啥样?束流里到底有多少中微子?探测器会不会"看花眼"?
罗格斯大学的安德鲁·马斯特鲍姆带着团队啃数据分析,中国科学院高能所的人也来帮忙搞理论建模,全球40个机构的人凑一起,跟拼拼图似的,一块一块把真相拼出来。
本来想,这么多聪明人一起干,总能找到点"新东西"吧?结果2023年数据一出来,大家都愣住了,MicroBooNE看到的中微子振荡,跟标准模型算的一模一样。
之前猜的那种质量在0.5到10电子伏特之间的惰性中微子,彻底排除了。
就像警察蹲点十年,结果发现要抓的人根本不在这个小区。
消息一出,粒子物理圈的反应挺有意思。
有人松了口气,标准模型总算没被推翻,至少现在还站得住脚。
有人却更兴奋了,找不到惰性中微子,说明我们对中微子的了解可能还差得远,这反而是个好消息,这事儿最挠头的是早期那些"反常信号"。
LSND实验当年看到的中微子"多变"到底是咋回事,总不能是仪器坏了吧?现在科学家们猜,可能是中微子跟原子核的相互作用比我们想的更复杂,或者中微子还有其他"小动作",比如跟其他粒子有非标准的耦合作用。
这些都得靠新实验去验证,现在大家的目光都投向了下一代实验。
费米实验室准备搞个更大的,叫DUNE,用4万吨液态氩探测器,比MicroBooNE大200多倍,专门看中微子会不会"反水"(CP破坏),这可能跟宇宙里为啥物质比反物质多有关。
咱们中国江门的中微子探测器也快建好了,专门测中微子质量谁大谁小,这些都可能帮我们打开新大门。
粒子物理这东西就是这样,有时候找不到想要的答案,比找到答案更让人激动。
惰性中微子虽然被"排除"了,但它留下的问题,说不定正指着一条通往新物理的路。
就像当年找"以太"没找到,结果催生了相对论,谁知道这次又会冒出啥惊喜呢?
中微子这小东西,从被预言到发现用了几十年,现在又让我们猜了几十年。
未来会怎样,没人说得准,但可以肯定的是,那个每秒几万亿个穿过我们身体的"傲娇"粒子,还藏着不少秘密等着我们去挖。
来源:蜗牛奇闻怪谈