编译 | Quest
排版 | 徐徐
在芝加哥附近的费米国家加速器实验室进行的一项实验发现了比预期更多的电子中微子 - 一种称为不育中微子的革命性新基本粒子的可能预兆，尽管许多物理学家仍然持怀疑态度。
在芝加哥附近的费米国家加速器实验室进行的一项实验发现了比预期更多的电子中微子 ——一种称为惰性中微子的革命性新基本粒子的可能预兆，尽管许多物理学家仍然持怀疑态度。
在MiniBooNE实验中，光电探测器捕获中微子与原子核相互作用时产生的光
图片来源： Fermilab
来自芝加哥附近费米国家加速器实验室的一次中微子实验的新报告令物理学家感到非常兴奋和困惑。 MiniBooNE实验已经发现了比预期更多的特定类型的中微子，这个发现很容易被新基本粒子的存在所解释：一种“惰性”中微子比三种已知的中微子类型更加奇怪和更隐遁。
卡内基梅隆大学的物理学家斯科特·多德尔森说，中微子异常的持久性非常令人兴奋。它“表明事情确实在发生”，至于在发生什么，还没人能说。
麻省理工学院的中微子物理学家，MiniBooNE合作组织成员珍妮特康拉德说：“我对这个结果感到非常兴奋，但我还没有准备好说'尤里卡！'。
惰性中微子的存在会使物理学从最小尺度到最大尺度发生革命性的变化。它最终会打破自20世纪70年代以来的粒子物理标准模型。它还会要求一个新的宇宙学标准模型，标准模型中还有其他潜在的裂缝，中微子悖论可能会指向一种新的更好的模型。”
中微子是每秒数十亿次通过我们身体的微小颗粒，但很少相互作用。它们不断在三种已知类型的中微子之间摇摆，称为电子中微子，μ中微子和τ中微子。 MiniBooNE实验将一束μ子中微子射向一个巨型油罐。在前往油箱的途中，这些μ子中微子中的一些应该转换成电子中微子，速度由两者之间的质量差异决定。然后，MiniBooNE监测电子中微子的到达，当它们与油分子相互作用时，它们在极少数情况下会产生特征性辐射闪光。在其15年的运行中，MiniBooNE已经记录了数百个电子中微子。
最令人惊讶又最简单的解释是，一些μ子中微子振荡成一种不同的，更重的第四种中微子——一种惰性的中微子，意味着它从不与任何非中微子相互作用，而且这些重中性的一些中微子然后振荡变成电子中微子。较大的质量差异意味着更高的振荡速率和更高的检测效率。
MiniBooNE的油箱直径12米，内衬1,520个光电探测器
Credit：瑞安帕特森/普林斯顿/费米实验室
洛斯阿拉莫斯的液体闪烁体中微子探测器（LSND）在20世纪90年代发现了类似的异常现象，促使了MiniBooNE的建造。然而，与LSND和MiniBooNE不同的其他中微子实验却未能产生推定惰性中微子的清晰标志。
如果惰性中微子确实解释了新的结果，物理学家就很难看出这些新粒子的性质如何与我们所知道的其他一切相容。也许最令人担忧的是，宇宙早期观测表明，那时只有三种中微子存在。为了理解LSND，MiniBooNE和迄今为止所有其他的实验，也许我们需要一些全新的理论框架。
此外，可假设适合MiniBooNE数据的特定惰性中微子不能解决任何导致物理学家首先对这些粒子进行理论推理的奥秘。如果足够的重量，惰性的中微子可以作为看似吞没星系的看不见的“暗物质”。他们会通过称为跷跷板机制的数学技巧来解释为什么电子，μ子和τ子中微子是如此轻量级的。但在低于1电子伏特时，推定的MiniBooNE惰性中微子缺乏用于这些其他目的的分量。罗格斯大学粒子物理学家马修巴克利说：“我们没有理由期待1eV的不育中微子。 “并不是说这已经阻止了宇宙在过去添加新的粒子。”
混乱导致许多专家遏制了他们的乐观情绪，并怀疑MiniBooNE和LSND都陷入了一些未知的错误。布鲁塞尔自由大学的物理学家Freya Blekman认为，实验可能有系统地低估了MiniBooNE油罐内粒子称为中性分子的速率——模拟来自电子中微子信号的事件。
“显然有一些事情需要了解，我当然希望它是第四颗中微子，”纽约大学理论物理学家尼尔韦纳说。 “这就是说，这将是超越标准模型的第一个被发现的粒子，因此证据的门槛显然非常高。”随着后续的实验，包括Conrad和称为IsoDAR的实验，将会有更明确的答案。 计算在一束光的末端给定某一类中微子的数量，它会捕捉中微子在它们传播时在不同分类之间来回摆动，这将给出振荡的更全面的图像。
现在，我们只是知道，我们正走在去理解更多的道路上。
本文来源：
https://www.quantamagazine.org/evidence-found-for-a-new-fundamental-particle-20180601/
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