持续30年的物理谜团出现重大转折,这种奇异粒子,实际并不存在

Kommentarer · 3 Visninger

之前,费米实验室的科学家们对着电脑屏幕沉默了忙活六年的MicroBooNE实验,最后得出的结论就一句话,找了三十年的“惰性中微子”,可能压根不存在。 这个结果一出来,整个粒子物理学界都在感慨,这场跨越三代人的

  之前,费米实验室的科学家们对着电脑屏幕沉默了忙活六年的MicroBooNE实验,最后得出的结论就一句话,找了三十年的“惰性中微子”,可能压根不存在。

  这个结果一出来,整个粒子物理学界都在感慨,这场跨越三代人的“追鬼”大戏,终于落幕了。

  要说清楚这事儿,得从粒子物理的“标准模型”说起,这套理论被称为物理学的“完美拼图”,但有个致命漏洞,中微子。

  按标准模型,中微子应该没质量,可1998年科学家发现它们会“变身”也就是中微子振荡,这说明中微子肯定有质量,这下麻烦了,标准模型解释不了,得找新粒子来补窟窿。

  1996年,洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁中微子探测器出了个怪事,探测到88个电子中微子事件,比理论预期多了一大截。

  当时的物理学家们挠着头想,难道是一种全新的中微子?它不参与弱相互作用,像个幽灵一样只通过引力和其他物质打交道?“惰性中微子”的假设,就这么应运而生。

  当时整个物理学界都有点激动,毕竟标准模型这块“完美拼图”,终于可能要被撬开一条缝了。

  2002年,费米实验室的MiniBooNE实验想验证这个假设,结果更邪乎不仅也探测到异常信号,而且数据比洛斯阿拉莫斯的还夸张。

  这下“惰性中微子”的热度彻底起来了,各种论文、理论模型像雨后春笋一样冒出来,连科普文章都开始喊它“第四种中微子”,本来想从理论上推导惰性中微子的性质,后来发现实验数据才是硬道理。

  可问题来了,传统探测器分辨率太差,中微子的轨迹模糊不清,谁也说不准那些“异常信号”到底是不是惰性中微子搞的鬼。

  这一争,就是三十年,液氩探测器的“火眼金睛”:MicroBooNE如何拆穿“幽灵”真面,争议了这么久,总得有个了断。

  2015年,MicroBooNE实验在费米实验室启动,科学家们憋了个大招,用上了当时最先进的液氩时间投影室技术。

  这玩意儿可不是盖的,零下186摄氏度的液氩把探测器泡在里面,中微子穿过时会电离氩原子,留下的轨迹能被精确记录下来,分辨率比传统探测器高了不止一个量级。

  想象一下,以前看中微子轨迹像看马赛克,现在直接上4K超清,实验团队六年里采集了海量数据,对着这些“超清影像”一点点抠细节。

  他们发现,洛斯阿拉莫斯和MiniBooNE实验里的“异常信号”,可能压根不是什么新粒子,而是探测器没考虑到的光子背景简单说,就是仪器自己“闹了个乌龙”。

  2025年,《自然》杂志发表了MicroBooNE的最终结果,在99.9%的置信度下,可以排除惰性中微子的存在。

  消息一出,有人觉得可惜,毕竟追了三十年;但更多科学家松了口气:“总算不用再围着这个‘幽灵’打转了。,科学探索有时候就是这样,排除错误答案和找到正确答案同样重要。

  这三十年里,为了找惰性中微子,科学家们改进了探测器技术,完善了数据分析方法,甚至连中微子与物质相互作用的模型都更新了好几代。

  这些积累,可比一个被否定的假设值钱多了,MicroBooNE实验最大的遗产,其实是液氩探测技术的成熟。

  现在这套技术已经成了粒子物理研究的“标配”,下一代的深地中微子实验(DUNE)就准备靠它大显身手。

  DUNE把探测器埋在地下一英里,目标是搞清楚中微子振荡的规律,甚至解开宇宙中“物质比反物质多”的终极谜题,而MicroBooNE积累的六年数据和经验,直接成了DUNE的“教科书”。

  那惰性中微子被否定了,中微子研究接下来往哪走?科学家们已经把目光转向了其他方向:比如中微子的质量顺序到底是“正序”还是“倒序”,中微子和反中微子的振荡是不是一样的,甚至中微子能不能解释宇宙的膨胀速度。

  这些问题,每一个都可能揭开新的物理规律,回头看这三十年,从一个异常信号引发的假设,到全世界科学家前赴后继的追寻,再到最终被高精度实验否定,惰性中微子的故事其实就是科学探索的缩影。

  有时候,我们以为答案藏在某个角落里,找了半天却发现,真正的突破口在完全相反的方向,但这不就是科学的魅力吗?毕竟,排除了一条错路,就离正确答案更近了一步。

Kommentarer
会员免费服务:时刻音乐 时刻云盘 时刻工具箱 时刻标签 时刻工具