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南极洲极罕见的“ Zee爆裂”有可能会揭开幽灵中微子的关键谜团



下图显示了没有冰块时IceCube的内部外观中微子从哪里得到质量?这是一个谜,是粒子物理学标准模型中最令人困惑的问题之一。但是一群物理学家认为他们知道如何解决。问题来了:中微子很奇怪。超微弱的粒子,它们中的大多数是如此低能量且微不足道,以至于它们不停地穿过我们的整个星球。

几十年来,科学家一直认为自己根本没有质量。在描述粒子物理学的标准模型的原始版本中,中微子完全没有重量。大约二十年前,情况发生了变化。物理学家现在知道,中微子的质量很小,但质量却很高。他们还不确定为什么会这样。

1月31日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一篇新论文认为,尽管如此,我们还是可以解决这个谜。如果有足够的时间和数据,我们已经可以检测到的能量最高的中微子应该有助于将这些秘密解开。检测中微子共振中微子带有不同量的能量:两个否则相同的粒子,其行为取决于所携带的能量而有很大不同。

美国宇航局(NASA)的气候变化数据是为城市备灾的关键  视频我们可以检测到的大多数中微子来自太阳和地球上的少数超亮能源(如核反应堆),并且能量相对较低。而且,低能中微子很容易穿过物质块,而不会撞到任何东西。但是我们的星球也遭到高能中微子的轰炸。而且这些更有可能撞上其他颗粒,例如拖拉机拖车在过往车道上的高速公路上尖叫。

早在2012年,南极洲就安装了一个粒子探测器,该探测器旨在探测那些高能中微子。但是名为IceCube的探测器无法直接感应到它们。取而代之的是,它寻找与周围冰中水分子发生高能中微子碰撞的后果-这种碰撞会产生IceCube可以检测到的其他种类的粒子爆发。通常这些爆发是混乱的,产生各种粒子。但该研究的合著者,圣路易斯华盛顿大学的物理学家布帕尔·德瓦(Bhupal Dev)说,但有时它们异常清洁-这是一个称为共振的过程的结果。

当中微子撞击另一个粒子,特别是电子时,Dev有时会经历一个称为Glashow共振的过程,Dev告诉Live Science,共振将两个粒子混合在一起,并将它们变成新的东西:一个W玻色子。根据中微子会议2018年的一次演讲,Glashow共振于1959年首次提出,它需要非常高的能量,2018年在IceCube中可能出现了一个例子。

但是根据Dev及其合作者的说法,可能还有其他类型的共鸣。关于中微子如何获得质量的更流行的理论之一被称为“ Zee模型”。研究人员在这项新研究中写道,在Zee模型下,会出现另一种类型的共振,例如Glashow,产生另一个新粒子,称为“ Zee爆发”。这种共振将在IceCube的检测能力之内。

Dev说,如果检测到Zee爆裂,将导致标准模型的根本性更新,彻底改变物理学家看待中微子的方式。Zee模型将从理论变为牢固的科学,而现有的中微子模型将被淘汰。但是,IceCube仅对某些范围的中微子能量敏感,并且会产生Zee爆发的条件在该范围的外边缘。如果有时间,在未来30年的某个时候,IceCube可能会发现这样的事件。

但是幸运的是,研究人员指出,IceCube的更新即将到来。一旦探测器升级到更大,更灵敏的IceCube-Gen 2(尚不清楚何时会发生),则更灵敏的设备应该能够在短短三年内拾取Zee爆发-如果Zee爆发确实是在那里。如果没有Zee爆发,并且Zee模型是错误的,那么中微子质量的奥秘只会更深。
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