“冰立方”未探测到惰性中微子

冰立方中微子探测器的光学传感器进入冰层。资料来源:吉姆·豪根

最近，深埋在南极大陆冰雪中的巨型粒子探测器公布了他们对一种叫做惰性中微子的假设粒子的搜索结果:一个也没有。

8月8日发表在《物理评论快报》上的结果并不意味着对这种亚原子粒子数十年探索的终结，但它是迄今为止最有力的证据，证明惰性中微子不存在于物理学家所期望的质量范围内。

中微子无处不在:每秒钟有数万亿个中微子飞过人体。然而，它们与其他物质的相互作用非常微弱，难以捕捉，这就需要大型地下实验设备来探测中微子与物质的碰撞。目前，科学家们已经发现了三种中微子:电子中微子、μ子中微子和陶中微子，它们也可以随着它们的进展而改变它们的类型。

20世纪90年代，新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室发现了一个异常信号，表明可能有第四种中微子，并且这种粒子与其他物质之间的相互作用比普通中微子更弱。因此，科学家将其命名为“惰性”中微子。阿拉莫斯实验室认为，这种粒子的重量约为氢原子的十亿分之一，约为1电子伏特。后来，其他研究也发现了类似的异常现象。

但长期以来，人们从未直接发现惰性中微子。"观察它的唯一方法是观察另外三个中微子."威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家Francis Halzen说。哈尔曾也是冰立方探测器的首席研究员。

冰块使用一个特殊的“网”来捕捉中微子的滑动过程。它由埋在南极冰层下2公里处的5000多个光传感器组成。南极冰足以填满数十万个奥运游泳池。在如此大的体积中，来自宇宙的中微子穿过空间，穿过人体，甚至岩石，偶尔撞击冰中的原子，从而发出微弱的闪光。

为了找到惰性中微子，哈尔曾的团队分析了中微子的轨迹。这些粒子是宇宙射线和大气中的空气分子碰撞产生的，穿过地球到达探测器。冰立方团队希望发现中微子在特殊能量中的衰变。这意味着一些中微子在旅行中会暂时变成惰性中微子。

然而，在分析了一年来积累的有价值的数据后，研究人员发现没有证据表明存在大约1电子伏特的惰性中微子。这与欧洲航天局的普朗克卫星获得的结果是一致的，该卫星从宇宙证据推断，在这个质量范围内，中微子家族可能只有三个成员。

“我希望我们的结果和普朗克的结果能让我们慢慢回到这个故事。”哈尔曾说。然而，该小组仍在收集惰性中微子捕获的数据，但“每个人都不期望结果会改变。”

西班牙巴伦西亚大学的理论物理学家奥尔加·梅纳·雷凯霍(Olga Mena Requejo)认为，这些发现排除了对阿拉莫斯实验异常信号的惰性中微子的解释，至少在最简单的理论模型中是如此。但是她和其他物理学家认为，一些模型仍然为这种粒子的存在打开了大门。

几年前，一组科学家发现暗物质既不太冷也不太热。这些“温暖”的暗物质粒子可能是一种质量较大的中微子，即惰性中微子。加州大学欧文分校的理论天体物理学家凯文·阿巴查说，尽管日本的瞳孔空间望远镜已经工作了很短时间，但还没有发现7千电子伏的惰性中微子，结果仍不确定。因此，对更大质量惰性中微子的研究仍在继续:冰立方的结果没有显示是否有更大质量的惰性中微子。

然而，事情可能并不简单。中国大亚湾实验的主要参与者之一陆锦碧说:“寻找惰性中微子就像在暗室里打球。我们不知道他们在哪里。”(张张)

中国科学新闻(2016-08-10第二版国际版)