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中微子:“幽灵变色龙”变得更加神秘

2022-06-29 17:41:23 浏览:

在所有已知的亚原子颗粒中,中微子长期以来一直是最令人困惑,最神秘的人之一,但是在两组科学家宣布矛盾的结果之后,它们只是更令人困惑。

中微子就像幽灵般的变色龙

中微子通常被认为是物理世界的幽灵,因为它们与物质很少相互作用,很容易穿过整个星球。但是他们也是量子变色龙,改变其身份,从本质上讲,雪佛兰可以变成福特,然后更改为克莱斯勒,然后更改为原始汽车。中微子的三种不同类型的中微子称为电子中微子,muon中微子和tau中微子。

这种称为中微子振荡的亚原子切换在本质上是独一无二的。在许多不同的环境中,包括在核反应堆,高能量粒子梁以及宇宙射线从太空猛击到地球大气中产生的中微子中观察到的。

软膏中的中微子

亚原子物理学的主要理论(称为标准模型)都可以容纳中微子振荡,并设置了一系列通用参数,这些参数控制了各种中微子类型可以相互转化的速率。然后中微子实验可以确定参数的实际值。假设理论是正确的,并且实验是准确的,则所有实验均应确定这些参数的相同值。确实,这就是许多实验的工作方式。

然而,在1990年代,位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁体中微子实验(LSND)在软膏中发现了苍蝇。 LSND使用了若恩中微子的光束来寻找它们已转化为电子中微子的实例。正如预期的那样,科学家观察到了电子中微子,但很难与既定理论相吻合。如果存在第四种(尚未发现)中微子类型,则可以使他们的测量与所有其他测量进行调和。这种类型的中微子将与所有其他中微子不同。已知的中微子通过弱核力量相互作用,而第四类则不会。由于这种非交互作用,科学家们称这是假设的第四类中微子“无菌中微子”。

无菌中微子的存在或不存在是粒子物理学家激烈争论的话题,大多数实验似乎排除了第四个中微子的存在,而少数实验则支持了猜想。但是房间里总是有LSND大象。

中微子研究边界的混乱

所以答案是什么?有两种可能性。首先,也是至少令人兴奋的是,LSN结果是错误的。这并不意味着实验者的任何无能。有时会发生罕见的事情,有时事情会被忽视或建模。在可能是史诗般的轻描淡写中,边境的科学很难。另一方面,如果由于当前的理论不完整而出现了预测与各种实验之间的分歧,那么科学家将不得不发展一个新理论。显然,这更令人兴奋,而无菌中微子只是最受欢迎的可能性。解决LSND结果是新物理学的第一个预兆,还是不幸的fl幸,有必要复制实验以查看第二个实验是否是实验确认是否确认LSND。为此,设计和执行了伊利诺伊州Fermilab的迷你烟灰实验。像LSND一样,MiniBoone还使用了MUON中微子束,寻找无法解释的电子中微子。此外,MiniBoone是一个更新,更现代的实验,具有改进的功能。如果LSND观察是正确的,那么MiniBoone将确认它。但是,事实并非如此。 MiniBoone并没有看到LSND的过剩。

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通常,这将是故事的终结,而LSND的测量被视为一个初步的,事实证明是错误的。这个令人欣慰的结论将意味着当前的理论框架已经足够了,科学家可能会满足他们理解中微子相互作用的满足。但是,中微子研究的历史充满了惊喜,很少没有一两个神秘。当迷你吧排除了LSND观察结果,但新实验发现了另一种异常现象。由于Miniboone实验的增强功能,他们可以以比LSND更多的方式寻找中微子。当Miniboone在LSND未探索的能量范围内寻找电子中微子时,他们发现电子中微子比接受理论所能解释的更多。而且,就像之前的LSND异常一样,新的迷你蛋白异常可以通过存在无菌中微子(或可能多个)来解释。尽管它与提议解释LSND异常的无菌中微子不同,但仍然是无菌的。

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鉴于异常通常是发现的第一个迹象,研究人员不能只是放弃。必须进行第三次实验,希望可以确定的是一个实验,以确定当前理论及其三种已知类型的中微子是否足够。

因此,创建了微酮实验。该实验使用了更复杂的检测器技术,应在迷你蛋白异常上提供明确的词。另外,LSND/迷你蛋白比较中存在一个剩余的漏洞:他们使用了不同的中微子束。尽管两个实验都使用了宇宙中微子,但这些中微子是由完全不同的加速器产生的,以不同的能量运行,甚至位于不同状态。也许没有正确考虑的光束存在细微的差异。但是,在微酮和迷你酮测量之间的比较中,没有这些。这两个实验使用了完全相同的光束线,简化了两个实验之间的比较。微型酮应该是对小烟枪的明确检查。

一切如何结束?微酮不会检测到小型酮的相同多余检测。但是,微酮纸没有结论是Miniboone是错误的。它只是说迷你酮异常仍无法解释。鉴于这两个实验是由许多相同的科学家进行的,这并不奇怪。

直到今天,情况仍未解决 - 可以肯定的是,情况不令人满意,但是在边境科学研究中,情况往往是这种情况,在那里,这个谜团越混乱,对研究人员来说越有趣。中微子总是令人困惑。

一种可能性是,迷你酮异常不是由无菌中微子引起的,而是由其他可能形式的新物理学(包括暗物质)引起的。只有在费米拉布(Fermilab)进行的更好,更精确的测量结果都将揭开谜团。

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