费米实验室短基线探测器首次探测到中微子相互作用，助力破解暗物质之谜

2024-09-14 12:14IT之家 - 故渊

IT之家 9 月 14 日消息，费米实验室于 9 月 10 日发布博文，宣布利用短基线探测器（Short-Baseline Near Detector，简称 SBND），首次探测到中微子相互作用，为科学家破解暗物质之谜提供了更多洞察。

中微子，又译作微中子，是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，常用符号希腊字母 ν 表示。

中微子个头小、不带电，可自由穿过地球，自旋为 1/2，质量非常轻（有的小于电子的百万分之一），以接近光速运动，与其他物质的相互作用十分微弱，号称宇宙间的“隐身人”、“幽灵粒子”。

费米实验室是美国最重要的物理研究机构之一，其主要探索领域为高能物理学，拥有世界上第二高能量的粒子加速器，仅次于欧洲核子研究组织的大型强子对撞机。

SBND 是费米实验室短基线中微子项目的最后一块拼图，该项目汇聚了来自巴西、西班牙、瑞士、英国和美国的 250 多名科学家。

探测器位于费米实验室中微子束源附近，每天观测约 7000 次中微子相互作用，超过任何其他同类探测器。

中微子已知有缪子（muon）、电子（electron）和陶子（tau）三种，在传播过程中会在这 3 种类型之间摆动。

SBND 的主要任务是研究这些振荡，并有可能找到一种新的“sterile”中微子类型的证据，这可能会开启一个隐藏的新物理学领域。

SBND 项目由来自谢菲尔德大学的 Vitaly Kudryavtsev 教授和 Rhiannon Jones 博士领导，并开发了诸多 SBND 仪器设备，以及用于读取和分析大量中微子信号的软件。

费米实验室的短基线中微子项目进行中微子振荡搜索，并寻找可能指向这第四种中微子的证据。

SBND 是短基线中微子项目的近探测器，而 ICARUS（于 2021 年开始收集数据）是远探测器。同年，第三个探测器 MicroBooNE 完成了与同一中微子束线的粒子碰撞记录。IT之家附上相关图片如下：

库德拉夫采夫教授表示：

如果在 ICARUS 中观测到的中微子数量少于基于 SBND 观测的预期，这将可能为我们揭示一个充满新粒子与现象的隐秘宇宙打开一扇窗。
然而，若我们未观测到与预期有任何偏差，这将表明先前指向这些新现象的数据可能存在数据解读问题或未评估的不确定性。

该团队对中微子的现有认识预测，在 A 点和 B 点检测到的中微子数量和类型应相同。然而，多项中微子实验在对应 B 点的距离上观察到了中微子数量和类型的异常。

费米实验室科学家安妮・舒克里夫特解释道：

与已知的三种中微子不同，这种新型中微子不会通过弱力相互作用。我们唯一能看到它们的方式是，如果缪子、电子和陶子中微子的数量测量结果不像预期那样相加。

中微子本身或许能为物理学和宇宙学中最大的谜团之一暗物质的本质提供洞见。

尽管数十年来科学家们一直在寻找大质量暗物质粒子，但结果始终难以捉摸。然而，一些理论提出，类似中微子的轻粒子可能构成了这种难以捉摸的物质。

广告声明：文内含有的对外跳转链接（包括不限于超链接、二维码、口令等形式），用于传递更多信息，节省甄选时间，结果仅供参考，IT之家所有文章均包含本声明。