科罗拉多大学博尔德分校的丹尼尔·劳特 候选电子中微子的事件显示
信用:T2K 亚历山大·马里诺和埃里克·齐默曼是博尔德大学的物理学家，他们在过去的二十年里一直在寻找中微子
这可不容易:中微子是科学界已知的最难以捉摸的亚原子粒子之一
它们没有电荷，而且非常轻——每一个的质量都比电子小很多倍——因此它们只在极少数情况下与周围的世界相互作用
他们也可能掌握着一些物理学最深层奥秘的钥匙
在今天发表在《自然》杂志上的一项研究中，马里诺、齐默曼和400多名其他研究人员在一项名为T2K的实验中更接近于回答一个大问题:为什么宇宙没有在大爆炸后不久的巨大能量爆发中自行湮灭？ 新的研究表明，答案归结于中微子和它们的邪恶双胞胎——反中微子——行为方式的细微差异——这是最初的迹象之一，表明被称为物质和反物质的现象可能不是许多科学家认为的精确镜像
物理系教授齐默曼说，该小组的发现展示了科学家通过研究这些不起眼的粒子可以学到什么
“即使在20年前，中微子物理领域也比现在小得多，”他说
物理学副教授马里诺表示同意
“关于中微子是如何相互作用的，我们还有很多事情要努力去了解，”她说
(宇宙的)创世大爆炸 中微子直到20世纪50年代才被直接探测到，通常产生于恒星深处，是宇宙中最常见的粒子之一
每一秒，都有数万亿个原子穿过你的身体，尽管很少(如果有的话)会与你的一个原子发生反应
显示太阳在1500天内发出的中微子的图形
学分:T2K实验 为了理解为什么这种宇宙蒲公英绒毛是重要的，它有助于回到开始——最开始
根据他们的计算，物理学家相信大爆炸一定创造了大量的物质和等量的反物质
这些粒子的行为与质子、电子和构成你周围一切的其他物质完全相同，但电荷相反
这个理论只有一个问题:物质和反物质一接触就彼此湮灭
“我们今天的宇宙是由物质而不是反物质主宰的，”马里诺说
“因此，物理学中一定有某种过程将物质与反物质区分开来，并可能在它们的反粒子上产生少量过量的质子或电子
" 随着时间的推移，小的过剩变成了大的过剩，直到宇宙中几乎没有反物质
根据一个流行的理论，中微子是这种差异的基础
齐默曼解释说，这些亚原子粒子有三种不同的类型，科学家称之为“味道”，具有独特的相互作用
它们是μ子中微子、电子中微子和τ中微子
你可以把它们想象成物理学家的那不勒斯冰淇淋
然而，这些味道不会停留在原地
它们振荡
例如，如果你给他们足够的时间，一个μ子中微子保持μ子中微子的几率会发生变化
想象一下，打开你的冰箱，却不知道你留下的香草冰淇淋现在是巧克力还是草莓
但对于抗中性粒细胞来说也是如此吗？“稀薄成因”理论的支持者认为，如果这些镜像的行为方式有哪怕一点点的差异，就能在很大程度上解释宇宙的不平衡
齐默曼说:“中微子物理学的下一个重要步骤是了解中微子振荡是否与反中微子振荡以相同的速度发生。”
T2K实验如何发送和检测中微子束的示意图
学分:T2K实验 去日本旅行 然而，这意味着近距离观察中微子
T2K号，或称东海号到神冈号，实验为此竭尽全力
在这项工作中，科学家们使用粒子加速器从日本东海的一个研究地点向神冈的探测器发射由中微子组成的光束——距离超过180英里，相当于日本最大的岛屿本州岛的整个宽度
自2000年代以来，齐默曼和马里诺都参与了合作
在过去的九年里，这两人和他们来自世界各地的同事已经放弃了对μ子中微子束和μ子反中微子束的研究
在他们最近的研究中，研究人员发现了一些问题:这些物质和反物质的行为似乎不同
齐默尔曼说，μ子中微子比反中微子更倾向于振荡成电子中微子
结果伴随着主要的警告
该团队的发现仍然与物理学界的发现黄金标准相差甚远，这是一种被称为“五西格马”的统计学意义的衡量标准
“T2K合作已经在升级实验，这样它就可以收集更多的数据，更快地达到那个目标
但是，马里诺说，这些结果提供了迄今为止最诱人的线索之一，即某些种类的物质和反物质可能会有不同的行为——而且不是微不足道的
“为了解释T2K的结果，根据理论，这种差异应该是你能得到的最大值，”她说
马里诺认为这项研究是了解迷人的中微子世界的一个窗口
关于这些粒子，还有很多更紧迫的问题:比如说，中微子的每种味道有多重？中微子真的是它们自己的反粒子吗？她和齐默曼正在参加第二次合作，即将进行的名为“地下深处中微子实验”的工作，这将有助于升级后的T2K找到这些答案
马里诺说:“我们仍在研究中，因为中微子很难在实验室中产生，需要如此复杂的探测器。”
“还有更多惊喜的空间
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
