驚天反轉(zhuǎn)！30年物理謎團(tuán)炸鍋！猜了好久的“幽靈粒子”居然不存在

提到粒子物理，總繞不開(kāi)“幽靈粒子”中微子——每秒幾萬(wàn)億個(gè)穿過(guò)你身體，你卻啥感覺(jué)都沒(méi)有。最近，美國(guó)Fermilab的MicroBooNE實(shí)驗(yàn)公布了個(gè)炸鍋結(jié)果：30年來(lái)大家苦找的“惰性中微子”，根本不存在？

先補(bǔ)個(gè)小知識(shí)：中微子的“身份小困惑”

中微子有三種“味道”——電子、μ子、τ子味。標(biāo)準(zhǔn)模型本來(lái)覺(jué)得它們沒(méi)質(zhì)量，但后來(lái)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中微子會(huì)在三種味道之間“換身份”（振蕩）——這只有有質(zhì)量才做得到，算是標(biāo)準(zhǔn)模型的小漏洞。

但上世紀(jì)90年代起，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)（LSND、MiniBooNE）發(fā)現(xiàn)了更怪的事：μ子中微子居然會(huì)變成電子中微子，頻率還跟現(xiàn)有三種味道的振蕩規(guī)律對(duì)不上。

30年的“替罪羊”——惰性中微子

當(dāng)時(shí)大家琢磨：會(huì)不會(huì)還有第四種中微子？這種粒子不跟弱力互動(dòng)（所以叫“惰性”），只沾引力的邊？這樣就能解釋異常了——μ子中微子先變惰性，再變電子中微子。

這個(gè)假設(shè)火了30年，成了解謎“頭號(hào)候選”。

MicroBooNE：給“幽靈”拍高清照

為了驗(yàn)證，F(xiàn)ermilab建了MicroBooNE探測(cè)器——大小跟校車差不多，核心是液氬時(shí)間投影室（能精準(zhǔn)抓中微子互動(dòng)的痕跡）。

實(shí)驗(yàn)從2015到2021年，用兩個(gè)中微子束：產(chǎn)生μ子中微子，盯著看有沒(méi)有額外的電子中微子冒出來(lái)（如果有惰性中微子，就會(huì)有這個(gè)振蕩）。

結(jié)果出來(lái)——惰性中微子“沒(méi)影了”

科學(xué)家測(cè)了好幾年，最后發(fā)現(xiàn)：觀測(cè)到的電子中微子數(shù)量，跟“沒(méi)有惰性中微子”的預(yù)測(cè)完全對(duì)上，跟“有惰性中微子”的假設(shè)差得遠(yuǎn)。

這意味著，猜了30年的粒子，根本不存在。

謎團(tuán)還在，但換賽道了

雖然排除了惰性中微子，但LSND和MiniBooNE的異常還沒(méi)解。現(xiàn)在科學(xué)家換思路：比如是不是光子背景算錯(cuò)了？或者有其他新粒子？

另外，更大的DUNE實(shí)驗(yàn)在準(zhǔn)備——探測(cè)器跟足球場(chǎng)一樣大，能測(cè)更暗的信號(hào)，說(shuō)不定能挖更多宇宙秘密。

30年假設(shè)被推翻，聽(tīng)起來(lái)像壞消息，但對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，排除錯(cuò)誤方向也是進(jìn)步。你覺(jué)得宇宙里還藏著哪些沒(méi)被發(fā)現(xiàn)的粒子？留言聊聊你的腦洞～