打破基本模型的第四種中微子

中微子探測器做出了令人難以置信的發現：數量超出科學家預期的神秘粒子。對於這一神秘丰度最好的解釋是，存在一種新型中微子，被稱為「無毛」中微子。

Fermilab費米實驗室MiniBooNE的這一發現再現了了幾十年前的結果。早在90年代，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的液體中微子探測器(LSND)實驗中也發現中微子數量過多——較為被認同的解釋是存在一種無毛中微子。

但是這裡還存在著另一個問題：這麼長時間裡，為什麼其他的中微子實驗都未能再現這種異常現象？

中微子是宇宙中最豐富的粒子之一，但它們很難被發現。與電子相似，但是它們沒有電荷且只有很小的質量，幾乎只受亞原子力的影響，所以它們與正常物質只存在著很小的相互作用。

物理學家、諾貝爾獎得主溫伯格曾半開玩笑地指責到：「不帶電，還幾乎沒有質量！你不覺得羞愧嗎，中微子？」

所謂無毛的中微子，在理論里只受重力的影響。如果這種中微子存在，他們將會打破標準模型，並永遠地改變粒子物理的面貌。這些粒子甚至被認為是可能構成暗物質的候選者。

但是微弱的相互作用，也意味著無法通過像LSND或MiniBooNE這樣的實驗直接檢測到無毛中微子，後者是使用光電倍增管來檢測中微子相互作用產生的微小閃光。

然而，過量的中微子揭示了粒子的存在性，因為理論上說，它們可以與正常的中微子混合併改變振蕩的幅度。

早些時候MiniBooNE的結果顯示了電子中微子和反中微子的過量，物理學家們對此感興趣，但抱有謹慎的懷疑；而最新的結果更加顯著。

該實驗的目的是複製早期的實驗，驗證中微子可以改變「味道」。 現有的中微子有三種類型，或者被稱為三種味，分別是電子中微子，μ中微子，τ中微子。研究人員能夠區分它們，是因為它們與探測器中的原子相互作用時，會產生不同的粒子——電子中微子產生出電子，μ中微子產生出μ子，τ中微子產生出τ子(μ子和τ子是電子的比較重的堂兄)。奇怪的是，這三種味道是可相互變換的。

他們觀察到2437次轉換事件——比預期多出460次。

正如其他物理學家所建議的那樣，LSND的結果不太可能是誤差造成的影響。

但還有其他一些實驗無法再現這一結果，其中包括2007年在MiniBooNE上的實驗。

最令人沮喪的是2016年南極IceCube中微子探測器的結果。在分析了10萬次 「變味」 中微子的數據之後，物理學家們宣布他們沒有檢測到無毛中微子存在的證據。

這並不意味著它們不存在。但這並不意味著它們確實存在；或許，其他粒子可能也會導致LSND和MiniBooNE的結果。

到目前為止，最新結果剛剛發布不久，所以還沒有經過同行評審。

我們知道自己看到了某種現象，但是不知道造成現象的原因——或者說為什麼尋找它們的實驗時靈時不靈。但可以肯定的是，我們不久將會聽到更多有關無毛中微子的消息。

arXiv上可以查看全文。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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