全球最大中微子探测器启动——取得惊人成果

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通往标准模型之外物理学的门户。 在中国南部深处的地下,有一个两万吨级的液体容器,能够探测中微子。这个名为江门中微子实验的探测器,其首批成果已经出炉 —— 并且前景非常光明。 全球最大中微子探测器的首

  通往标准模型之外物理学的门户。

  在中国南部深处的地下,有一个两万吨级的液体容器,能够探测中微子。这个名为江门中微子实验的探测器,其首批成果已经出炉 —— 并且前景非常光明。

  全球最大中微子探测器的首批成果刚刚发布,这些成果揭示了迄今对中微子参数最为精确的测量。

  研究人员在位于中国南部的江门地下中微子实验站点运行该探测器仅不到两个月后,便能够以前所未有的精度测量不同类型或称"味"的中微子参数。

  这些成果缩小了两个关键中微子参数的取值范围:一个是描述不同中微子质量态如何组合形成中微子味的混合角,另一个是这些质量态之间的质量平方差。

  "在启动JUNO之前,这些参数来自一系列漫长的实验……半个世纪的努力被浓缩在这两个参数的数值中,"JUNO的副发言人Gioacchino Ranucci告诉媒体。"在59天内,我们超越了50年的测量成果。这让我们对[JUNO]的强大能力有了概念。"

  该设施的首批成果已发表在预印本服务器arXiv上,并已提交给《中国物理C》期刊进行同行评审。

  中微子的幽灵之谜

  中微子或许是已知粒子中最神秘的一种。每秒钟,都有数万亿中微子穿过你的身体。然而,它们极少与你或任何其他物质发生相互作用,并且几乎没有任何质量,因此得名"幽灵粒子"。这也使得中微子成为最难研究的粒子之一,因为大多数中微子会直接穿过探测器而不留下任何痕迹。

  但物理学家渴望更多地了解中微子,因为它们可能能够突破粒子物理学的标准模型。该模型是我们对亚原子世界的最佳解释。尽管它是一个极其成功的理论,但并非完美无缺 —— 它未能预言的一点就是中微子具有质量。

  发现幽灵粒子实际上具有质量(该发现获得了2015年诺贝尔物理学奖)要归功于所谓的中微子振荡现象。中微子有三种"味"(电子中微子、缪中微子和陶中微子),它们在时空穿行过程中会在这些身份之间转换。对于这种奇特现象的原因,目前尚未完全明了,但它可能掌握着通往激动人心的新物理学的关键。

  "振荡现象意味着,中微子是迄今为止唯一一种具有标准模型未能预言的属性的粒子,"Ranucci说。"因此,中微子是通往标准模型之外物理学的唯一门户。"

  为了探索中微子特性并窥探标准模型之外的物理,科学家们在地下深处建造了大型探测器。在这里,地壳构成了阻挡大多数其他粒子的天然屏障,而幽灵粒子则能穿透进来,并有机会在探测器中留下它们存在的迹象。

  JUNO是这些中微子探测器中最新、最大的一个。它是一个直径115英尺(35米)的球体,内部装有19,700吨(20,000公吨)液体闪烁体。这种液体经过特殊配制,能与中微子发生相互作用并产生闪光。在容器边缘周围装有传感器,能够精确定位闪光,并提供有关引发该闪光的中微子的有用信息。

  以往的中微子探测器基于相同的原理工作;而JUNO的规模则要大得多。其装载的液体闪烁体是之前任何实验的20倍,这使得JUNO对中微子的灵敏度显著提高。研究人员称,这使得物理学家能够以前所未有的精度测量描述不同中微子味之间振荡的参数。

  对新物理学的追寻

  JUNO团队对未来抱有远大目标,而这些首批成果表明他们正朝着实现这些目标稳步前进。随着时间推移和数据积累,研究人员希望在这些振荡参数上达到更高的测量精度。

  在其运行寿命期内,JUNO或许能够解决物理学中一些更为长久存在的谜题。物理学家期望能够将中微子质量态从最重到最轻进行排序,甚至可能找到为何我们在宇宙中观测到的反物质不如物质多的线索。

  就目前而言,这些幽灵般的粒子已经对我们现有理论之外的物理学发出了诱人的低语。随着更大、更先进的中微子探测器的出现,我们对宇宙的理解正变得愈发清晰。

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