@ 2020.01.17 , 11:00

ANITA记录到当前物理学无法解释的超高能中微子信号

当物理学家从宇宙中一个不太可能的方向检测到高能中微子的信号时,他们就需要为这些中微子找到一个来源。

自2012年位于南极冰层下的中微子探测器“冰立方(IceCube)”首次检测到超高能中微子以来,它始终一个棘手的难题。来自全球的一大批研究人员现在被迫承认,现有的常规解释有些薄弱。

亚原子粒子都很古怪,但中微子则是另类中的另类。它们的质量几乎为零,以接近光速行进,并且不与正常物质相互作用;对于中微子来说,宇宙中的一切就像是一层幻象,可以被轻易穿透。此时此刻,数十亿的中微子穿过了你的身体,却对你毫无影响。这就是为什么叫它们“幽灵粒子”。

为了捕捉中微子撞击冻结的水分子的罕见瞬间,IceCube天文台把长长的敏感光捕获设备埋在南极冰层下。十年来,每天记录数百次闪光,建起庞大的数据库。

与此同时,美国国家航空航天局在南极上方约40公里的高空部署了携带脉冲瞬态天线(ANITA)的氦气球,捕捉中微子的痕迹——这些中微子具有高得离谱的能级,可以把大气中的分子击碎成原子。

ANITA在过去的几年里,已成功地捕捉到了高能中微子的身影。但奇怪的是,其中两个信号不是来自上方空旷的宇宙,而是来自行星本身一侧。

对于来自太阳的惰性中微子来说,这并不令人惊讶。但是依ANITA记录的能级,中微子变成了真正的社会名流,会与构成地球的原子融合。

美国威斯康星大学麦迪逊分校的天体物理学家亚历克斯·皮祖托说:“中微子通常被说成是难以捉摸的或幽灵般的粒子,因为它们几乎不会与其它粒子相互作用。但是在令人难以置信的高能级下,中微子就像是瓷器店里的公牛。”

这几个“公牛”中微子,从另一侧贯穿地球,被天线接收,而没有被中间物质吸收阻隔,这需要某种解释。

当然,它们可能属于统计学中的偶然现象。如此幸运并非不可能。被检测到的中微子很有可能是大量轰击地球的高能中微子中的幸存者。

高能中微子倾向诞生于宇宙射线与原子核之间的相互作用中,然后被宇宙深处的强磁场强行推动。

因此,为了使ANITA的意外发现符合概率,研究人员反推出当时经过地球的高能中微子的总数,并通过IceCube数据库进行挖掘,找出可能导致大量中微子发生的统计数据。

那么,在IceCube的数据库里找到了什么呢?

什么也没有!

首先,值得牢记的是,即使是资金最雄厚的专业科研机构也难以避免出错。

不到十年前,人们一度发现中微子的速度可能高于光速,并因此兴奋非常……直到经过长时间的检验,发现那是一个错误。

关于这些新发现的论文被提交给了《天体物理学期刊》,可在arXiv.org上获得

但是,即使到现在,我们仍然可以考虑一些诱人的可能性,甚至敢于幻想物理学之外的解释。

皮祖托说:“我们的分析排除了对异常ANITA事件的唯一剩余的标准模型天体物理学解释。因此,现在,如果这些事件是真实的,而不仅仅是由于探测器异常,那么它们可能指向了标准模型以外的物理学。”

一种可能性是宇宙加速器在极短时间尺度内泵出了大量中微子,而人类当前的技术,还无法追踪这一过程。

如果我们真想变得疯狂,甚至可以考虑暗物质的作用,或者想象一下未知的全新粒子。

现在我们对中微子研究仍处于起步阶段。被寄予厚望的鬼魂粒子,可能会引领我们一窥新物理学的奥秘。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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