IceCube搜索无菌中微子画了一个空白

为了填补粒子物理学标准模型的空白，科学一直在努力寻找被称为“无菌中微子”的假设粒子。

现在，根据南极冰冷粒子探测器的最新结果，科学家几乎可以肯定没有这样的粒子。

如果被发现，无菌的中微子将增加到中微子家庭肖像，并帮助解释一些谜题，这些谜题表明存在超过三种已知的中微子味道。最终，这样的粒子也可以帮助解决暗物质起源和宇宙中物质/反物质不对称的神秘面纱。

中微子是幽灵般的粒子，几乎没有质量，很少与物质相互作用。在阅读这句话所花费的时间里，数万亿的中微子会穿过你的身体。有三种已知类型的中微子：μ子，电子和τ。可能的第四种中微子的暗示来自几个实验。被称为“无菌中微子”的假设粒子除了可能通过重力外根本不会与物质相互作用。

发现无菌中微子也会给标准模型带来麻烦，标准模型只允许三种已知类型的中微子。威斯康星大学麦迪逊分校物理学教授兼冰立方中微子天文台首席研究员弗朗西斯哈尔岑解释说：“如果你投入了第四个中微子，它会改变一切。”这是一个嵌入南极冰层深处的巨型探测器。“无菌意味着它不与物质本身相互作用，尽管它可以极大地干扰传统中微子的作用。”

检测无菌中微子的唯一方法是将其转化为其他类型之一。几次试验暗示了无菌中微子的存在，包括20世纪90年代的洛斯阿拉莫斯国家实验室，以及最近在香港附近的大亚湾核反应堆设施。但到目前为止，科学家还没有得到关于粒子存在的确切证据。

现在，在发表在“ 物理评论快报 ”杂志上的一项研究中，IceCube研究人员可能已经基本上搁置了第四种中微子的概念。Halzen表示，在对来自大型南极探测器的数据进行的两次独立分析中 - 每次都包含一年的数据或大约100,000次中微子事件 - 与无菌中微子相关的惊人特征无处可寻。

使用所谓的大气中微子进行分析，当宇宙射线撞击地球上层大气中的粒子时产生中微子。小组得出的结论是，99%的确定性不存在先前实验暗示的eV质量无菌中微子。

“像猫王一样，人们到处都能看到无菌中微子的暗示，”哈尔岑说。“有这些提示，理论家们确信它存在。”

进行分析的小组搜寻了从北半球的天空穿过地球后到达IceCube探测器的成千上万的中微子事件。因为只有中微子可以不受阻碍地穿过地球，所以地球可以作为一个有效的屏幕，过滤掉所有其他类型的粒子。IceCube由5,160个光探测传感器组成，这些传感器在南极下方一英里以上的冰冷的南极冰层中被冻结。当中微子偶尔撞击原子核时会发现中微子，产生一个μ子，随后是蓝色切伦科夫光的明显条纹。

IceCube团队进行的搜索研究了320 GeV到20 TeV能量范围内发生的中微子事件。Halzen指出，在这个范围内，无菌中微子会产生非常独特的特征。

第四种中微子的吸引力在于它有助于弥合理论上的差距，这种差距可以预测来自某一特定来源的一种中微子束的一些中微子 - 无论是核反应堆，太阳还是大气 - - 当他们前往远处探测器时，会从一种中微子变为另一种中微子。它还有助于解决其他宇宙学难题，如宇宙物质和反物质之间的不匹配以及暗物质的起源。

瑞典乌普萨拉大学物理与天文学教授，IceCube Collaboration发言人Olga Botner表示：“这一新成果凸显了IceCube Neutrino天文台的多功能性。” “它不仅是探索暴力宇宙的工具，而且可以对中微子本身的特性进行详细研究。”

然而，未能检测到难以捉摸的粒子，意味着物理学一直处于黑暗中，关于微小中微子质量的起源，或者为什么它们首先具有质量，Halzen说。