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费米国家加速器实验室一项中微子实验的新报告让物理学家感到既兴奋又困惑。迷你升能器中微子实验（MiniBooNE）探测到一种特殊中微子比预期的要多得多，这一发现可由一个新基本粒子的存在来解释，这种基本粒子是一种比已知的三种中微子更奇怪、更隐蔽的惰性中微子。这一结果似乎证实了一项数十年实验的反常结果，MiniBooNE是专门用来进行复核该结果的。 卡耐基梅隆大学的物理学家Scott Dodelson表示，中微子的异常存留是非常令人兴奋的。这表明确实发生了一些事情。至于是什么事情，没人知道。 惰性中微子的存在将彻底改变物理学。它将最终打破自20世纪70年代以来粒子物理学统治的标准模型。Dodelson表示，它还要求产生有一个新的宇宙学标准模型，原来标准模型中有其他潜在缺陷。该中微子悖论可以指引我们构造一个新的更好的模型。 中微子是一种微小的粒子，它们以每秒数十亿的速度穿过我们的身体，但很少相互作用。它们经常在三种已知中微子类型，或称“味”，即电子，μ子和T子之间不断振荡。MiniBooNE的实验将一束μ子中微子射向一个巨大的油罐。在去往油罐的路上，一些μ子中微子应该以质量差异决定的速率转变成电子中微子。然后，MiniBooNE会监测电子中微子的到来。电子中微子与石油分子相互作用时，会产生特有的辐射。MiniBooNE运行了15年，已经比预期多记录了几百个电子中微子。 对这个惊人的大数目最简单的解释是，一些μ子中微子正振荡成一个不同的，更重的，第四种中微子—一种惰性中微子，这意味着它永远不会与非中微子的物质相互作用，而且一些重的惰性中微子之后则会振荡成电子中微子。更大的质量差异决定了更高的振荡频率和更多的探测数目。 洛斯阿拉莫斯的液态闪烁体中微子探测器（LSND）在20世纪90年代发现了类似的异常现象，促使MiniBooNE的产生。然而，其他与LSND和MiniBooNE运作方式不同的中微子实验却未能产生一个明显迹象可表明存在着惰性中微子。德国海德尔堡的马克斯·普朗克核物理研究所的Werner Rodejohann表示，这是物理学的一种诅咒，一些实验做出的发现，其他实验却验证不了。 如果惰性中微子确实解释了新的结果，那么物理学家们难以理解这些新粒子的特性如何与我们所知道的其他一切相符合。也许最令人不安的是，对早期宇宙光的观测表明，当时只有三种中微子存在。Slosar表示，为了弄懂迄今为止LSND，MiniBooNE和所有其他实验，我们需要某种全新的理论框架。 此外，假设符合MiniBooNE数据的这种特殊惰性中微子并不能解决任何可引导物理学家首先对这些粒子进行理论化的奥秘。如果足够重的话，惰性中微子就可以被看作似乎吞噬星系的不可见的“暗物质”。那么科学家会通过一种跷跷板机制的数学技巧来解释为什么电子，μ子和T子中微子如此轻。但是在小于1电子伏的情况下，假定的MiniBooNE惰性中微子缺乏进行其他目的的重量。罗格斯大学的粒子物理学家Matthew Buckley表示，他们没有理由期望1电子伏的惰性中微子，但并不是说这阻止了对早期的宇宙增加新的粒子。 这种困惑已经导致许多专家从乐观转为悲观，并怀疑MiniBooNE和LSND都是一些未知错误的牺牲品。布鲁塞尔自由大学的物理学家Freya Blekman认为，这些实验可能系统地低估了在MiniBooNE的油罐中中性介子的衰变速率，即模拟电子中微子发出信号的事件。 纽约大学理论物理学家Neal Weiner表示，很明显，这里存在一些需要理解的东西，他非常希望是第四个中微子。也就是说，这是第一个发现超出了标准模型的粒子，所以它的证据门槛显然很高。他正在采取一种观望的态度。 未来的实验将会给出一个更明确的答案。它不会在光束的末端计算电子中微子的数量，而是观察它们穿行时在不同味之间来回摆动的中微子，这将使我们更全面地了解振荡的情况。 |
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