中微子探测器最新结果或有助于揭开宇宙暗物质

途说历史网

发布于2023-07-17

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在南极的冰立方中微子观测站

标准模型是一项非常精确的理论，但仍然存在缺失环节，比如暗物质的本质以及宇宙中为何大量分布的是物质，而非反物质，等等

北京时间3月7日，据国外媒体报道，当你正在看这篇文章时，正有数以万亿计的幽灵粒子穿过你的身体，而你却对此毫无感知觉。这些粒子被称为中微子，它们是构成宇宙的基本粒子之一。也是我们了解最少的粒子之一，它们几乎不会与任何物质发生相互作用，因此想要探测它们十分困难。

现在设在南极的一台大型中微子观测站正在对中微子进行监测，希望能够借此回答有关宇宙的一些基本问题。近日，美国密歇根州立大学的科学家们在华盛顿召开的美国物理学会会议上报告了有关南极冰立方（IceCube）中微子观测站获得的最新观测结果。他们的观测结果有助于填补粒子物理学标准模型中的一项重要缺口，这项理论能够帮助解释宇宙中绝大部分基本粒子的行为。

密歇根州立大学物理学与天文学副教授蒂斯德杨（Tyce DeYoung）表示：标准模型是一项非常精确的理论，但其中仍然存在缺失环节，比如暗物质的本质以及宇宙中为何大量分布的是物质，而非反物质，等等。他说：我们目前还难以回答这样的问题。我们希望通过对中微子基本性质的观测，比如它们的质量和状态的改变，我们或许能够在这些开放性问题上取得一些进展。

中微子是非常特别的粒子，不带电荷，质量极小，要比任何其他科学界已知的粒子轻100万倍。

它们几乎从不与物质之间发生相互关系，唯一的例外是当它们刚好迎头撞上物质粒子的时候，才能被我们探测到。正是由于我们对这种粒子几乎一无所知，德杨教授将他和他的小组的工作比喻成一场垂钓旅行你不知道你会钓到什么鱼，你也不知道用什么样的饵料是最好的。

很多人相信这些小小粒子可能将是我们揭开宇宙中最神秘的隐匿部分暗物质和暗能量之谜的关键钥匙。而现在，设在南极的钓鱼设备开始帮助科学家们缩小他们的搜索范围。

全球各地中微子探测器都会使用巨大的水槽，四周则布满高性能探测器，里面灌满高纯度水，用于捕捉中微子与水中氢或氧原子核迎头撞击时产生的微弱闪光信号。

但是设在南极的冰立方探测器独辟蹊径，它采用南极厚厚的冰层本身作为探测器，探测装置设置在南极冰雪下方2.5公里深处。埋置在冰层内部的探测装置将捕捉中微子撞击水冰内氢氧原子时产生的闪光信号。

德杨表示：作为一名物理学家，我们希望希格斯玻色子能够指引我们达到超越标准模型的境地；但不幸的是，我们对于希格斯粒子的测量并没有给出很多线索。因此我们希望能够在对中微子的研究中找出一些什么东西来。相比其他探测方案，冰立方探测器能够在不同能级范围内对中微子开展探测，我们广撒网了。

冰立方的测量数据显示一种中微子几乎恰好是另外两种中微子的和。德杨表示：中微子存在震荡现象，它会在三种不同形式之间发生转变。因此，如果我们发现其中一种中微子形式恰好是另外两种中微子的混合的话，这或许是一种巧合，但也或许，这背后还有更加深刻的原理，或许它可以指引我们超越粒子物理标准模型理论。

研究组获得的测量结果与世界上其他工作在更低能级上的实验结果是相吻合的，但相关数据仍然需要后续更进一步的测定。冰立方的物理学家们还将继续采集更多数据并完善他们的分析结果，以提升其精准程度。（晨风）

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