微中子是宇宙中繼光子後第二常見的基本粒子，我們目前已知 3 種微中子存在，但假定的微中子「惰性微中子」還是個未被發現的幽靈人物，一旦身分證實，將改寫自 1975 年以來主導粒子物理的標準模型，並進一步解開可能由新粒子構成的暗物質謎團。現在，美國 MiniBooNE 實驗即將發表一份為惰性微中子「正名」的新論文，讓物理學界興奮不已。
在粒子物理標準模型中，已知有三種味的微中子：電微中子（νe）、緲微中子（νμ）以及濤微中子（ντ），微中子是宇宙中最豐富的粒子之一，但它們不帶電荷、比原子還要小，每秒可能有數不清的微中子通過你的手指尖，但它們只參與弱交互作用，不會與你身體的其他物質打招呼，因此很難被發現。
微中子種類最好的測定結果來自觀測 Z 玻色子衰變，這種粒子衰變會產生各種類型的輕微中子及對應的反微中子，產生的輕微中子種類越多，Z 玻色子壽命越短。
雖然從標準模型中 6 種夸克與 6 種輕子的對應關係推測，實際上可能只有 3 種微中子，但過去一些實驗讓部分物理學家相信還有第 4 種更神秘的微中子類型存在：惰性微中子（sterile neutrino），它不能通過觀測 Z 玻色子衰變確定、也不會參與弱交互作用（只參與重力交互作用，因此得名幽靈粒子），但可以通過微中子振蕩產生。
最早揭示惰性微中子可能存在的是美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的「液閃爍器微中子探測器（Liquid Scintillator Neutrino Detector，LSND）」，只不過除了美國費米國立加速器實驗室（Fermilab）的MiniBooNE 實驗異常數據曾試著佐證外，後續許多實驗結果都與 LSND 相矛盾，最令人沮喪的是南極 IceCube 微中子探測器在分析 10 萬次微中子事件後，於 2016 年宣布完全檢測不到惰性微中子。
另有美國太空總署的人造衛星「威爾金森微波各向異性探測器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，WMAP）」專門探測宇宙大爆炸後殘留的輻射熱，其觀測數據也可同時兼容於 3 或 4 種微中子，所以，惰性微中子究竟存不存在一直是個熱門話題。
直至去年為止，還有論文強烈質疑不會有惰性微中子，但現在來自 MiniBooNE 實驗的 47 名物理學家共同發表新論文，再一次為幽靈粒子提出存在證據。
幽靈粒子真的證實存在？
簡單來說，研究人員在 MiniBooNE 實驗中，朝裝有 800 噸礦物油的檢測器發射緲微中子束（muon neutrino）與反微中子束（antineutrino）去與目標物質碰撞，最終檢測到超出預期的數百個電微中子（electron neutrino）。
由於每種微中子在產生及探測時都具有明確的味，不過傳播過程中會發生味間振盪，比如在某個地方產生的電微中子於另一個地方被探測到時，可能變為緲微中子或濤微中子，研究人員表示，上述實驗異常結果很可能就是惰性微中子存在跡象，理論上，它們可以參與正常微中子作用並改變振蕩幅度，導致更多緲微中子變成電微中子。
這次新實驗讓物理學家們期待不已，《Gizmodo》報導，如果惰性微中子真的被證實，將是自 2012 年大型強子對撞機（LHC）發現希格斯玻色子後，再度發現的一個全新基本粒子，同時也是第一個在標準模型外的粒子，紐約大學理論物理學家 Neal Weiner 表示，由於超越標準模型，證據通關門檻將會非常高。
如果惰性微中子存在，將粉碎自 1975 年以來主導粒子物理學領域的標準模型，最終重建一個全新宇宙學模型，科學家推測，暗物質很有可能就是由一種（或多種）粒子物理標準模型以外的新粒子所構成。
這篇新研究尚未於期刊正式發表，但你可以先在論文預印本網站 arXiv 上閱讀全文。
A Major Physics Experiment Just Found Hints of 'Sterile' Particles That Shouldn't Exist
Physicists Are Excited About Fresh Evidence for a New 'Sterile' Fundamental Particle
A major physics experiment just detected a particle that shouldn't exist
Reports of sterile neutrino’s resurrection may be greatly exaggerated
STERILE NEUTRINOS: MYSTERIOUS PARTICLE THAT SHOULDN’T EXIST MAY DEMAND 'NEW PHYSICS'
Scientists May Have Found Evidence of the Elusive Sterile Neutrino Particle
（首圖為 MiniBooNE 實驗檢測器內部，來源：wikipedia）
留言 1
為元
cool
2018年06月09日00:23
顯示全部