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  • 南极洲一次罕见的爆发有朝一日可能揭开幽灵般中微子的神秘面纱

    当心“爆发”!

    南极洲一次罕见的爆发有朝一日可能揭开幽灵般中微子的神秘面纱

    图中显示了在没有冰的情况下,冰立方内部可能的样子。

    中微子的质量从何而来?这是一个谜,在粒子物理学的标准模型中是最令人费解的,但是一组物理学家认为他们知道如何解决这个问题。

    1970年11月13日,美国阿贡国家实验室首次使用氢气泡室探测中微子。其中发现,中微子会撞击氢原子中的质子,其碰撞发生在照片右侧三条轨道汇集之处。

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    但问题是:中微子很奇怪。超微弱的粒子,其中大多数是低能且非实体的,它们不停地穿透我们整个星球。几十年来,科学家们认为它们根本没有质量。在描述粒子物理学标准模型的原始版本中,中微子是完全失重的。大约20年前,情况发生了变化。物理学家现在获知尽管质量很小,但中微子是有质量的,虽然他们还不确定为什么会有质量。

    尽管如此,根据1月31日发表在《物理评论快报》的一篇新论文认为,只要有足够的时间和数据,我们可以通过已经探测到的最高能量中微子来解开关于它们质量秘密的谜团。

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    探测中微子共振

    中微子具有不同数量的能量:两个完全相同的粒子根据它们携带的能量的不同,其行为也会不相同。

    我们能探测到的大多数中微子来自太阳和地球上少数超亮能源(如核反应堆),而且能量相对较低。低能中微子很容易穿过大块物质,而不会撞到任何东西。但我们的星球也受到了高能中微子的轰击。这些粒子更有可能撞击到其他粒子上,就像一辆拖车在高速公路上的超车道上快速通过。

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    早在2012年,南极洲就有一个粒子探测器上线,专门用来探测那些高能中微子。但是名为“冰立方”的探测器无法直接感知它们。反而,它寻找高能中微子与周围冰中的水分子碰撞的后果,这种碰撞产生了冰立方可以探测到的其他类型粒子的爆发。通常这些爆发是混乱的,产生各种各样的粒子。但有时它们异常干净——这是一个称为共振的过程的结果,这一说法源自该研究的合著者、圣路易斯华盛顿大学的物理学家布帕尔·德夫(Bhupal Dev)

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    当一个中微子撞击另一个粒子,特别是一个电子时,它有时会经历一个被称为“玻璃共振”的过程。首次提出是在1959年,玻璃共振需要非常高的能量,根据2018年中微子会议上的演讲,一个单一的例子可能出现在2018年的冰立方。

    但是根据德芙和他共著的人所说,可能还有其他类型的共振。其中一个最流行的观点就是中子是如何获得质量的,也就是我们熟知的zee模型。在zee模型之下,会产生像Glasshow一样的共振特征,制造出一个新的粒子,我们称之为“zee爆炸”,研究人员在新研究报告中写到。而且这种共振是能够用冰立方探测器探测到的。

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    如果真的能够探测到一个zee爆炸,那将会彻底更新原有的中子标准模型,这将会完全改变物理学家对中子的观点。德芙说。

    zee模型将会从一个理论变成一个坚实的科学依据,原有的中子模型将会被付之一炬。

    但是冰立方只对一定范围的中子有敏感的反应,而且能让zee产生爆炸的条件就在那个范围的边缘。如果有足够的时间,在未来30年的某一刻,这种爆炸很可能会被冰立方探测到。

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    但幸运的是,研究人员指出,冰立方更新的时代到来了。一旦探测器升级成更大更灵敏的冰立方2号(还不能确切知道是什么时候),这个更灵敏的新设备只要用三年就能够检测到zee爆炸—当然如果zee爆炸真的存在的话。

    如果zee爆炸并不存在,zee模型是错误的,那么中子质量的秘密将深藏海底,等待人们去寻找新的开启钥匙。

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3.Rafi Letzter-和尚,Chris Pine 克里斯 派恩,Ari

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