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中微子被探测到具有很高的能量,以至于标准模型都无法解释它们

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

虽然中微子是一类很神秘的微粒,但它们也非常普遍。每秒有数以亿计的中微子穿过你的身体。但是中微子几乎不会与普通物质相互作用,所以检测它们是一项巨大的工程挑战。即使近来我们已经探测到它们,但检测结果并不总是有意义的。比如说,我们已经检测到中微子含有大量能量,但我们仍然不知道它们是怎么产生这些能量的。

中微子探测仪是一个特征的充满纯水或冰的腔室。腔室里是非常灵敏的检测器。中微子不能直接检测到。检测器要等中微子与一个原子发生猛然碰撞。这样会产生带电的轻子,例如一个电子、介子、τ粒子。这些带电粒子也能产生光。所以通过探测光或者轻子,我们就知道一个中微子与探测器互相作用了。

我们检测到的中微子大部分都是在太阳核心中原子核聚变产生的太阳中微子。但像超新星和伽马射线暴也会产生中微子。人们付出了大量努力致力于探测这些太阳系外中微子。

IceCube中微子天文台示意图,冰立方科学团队-Francis Halzen

在南极洲的Icecube中微子天文台是最好的中微子探测仪器之一。南极洲是一个很好的设置中微子观测站的地方,因为它厚重的冰层可以吸收各种天文干扰粒子,比如说会影响你灵敏设备的宇宙射线和伽马射线。通过把观测站放置在冰层下面,我们可以确信我们探测到的东西来自中微子。IceCube天文台已经多次探测到太阳系以外的中微子。

图解:ANITA如何探测中微子?

但是在南极洲还有另一个中微子天文台,它以一种非常不同的方式来探测中微子。它被叫做

ANtarctic Impulsive Transient Antenna, 简称为ANITA。它是一个安装在热气球上的灵敏的无线电波探测器。ANITA是一个无线电波探测器,因为当高能量的中微子撞击南极洲的冰层,他们会产生无线电波。这些中微子的能量比那些被冰立方探测到的中微子强大数百倍。当ANITA探测到这些高能量的中微子,它会造成一些小的波动,因为他们似乎是来自于在撞击南极洲冰层前,穿过地球的中微子。这就是你所期望的,如果一些强大的天体物理事件在地球的方向产生了一系列中微子。但是如果是这种情况,这些中微子也会触发能被IceCube探测到的东西。

所以ICECUBE 组织在寻找与ANITA勘察同时发生的勘察事件。他们没有发现与这一事件相关的证据,这意味着这次事件不是几光年外蕴含着强大能量的中微子引起的。这让我们感到奇怪,因为这样的结果就为我们留下了两种可能性:要么是因为ANITA本身一些设计上的缺陷导致了错误的结果, 要么这些中微子事件是由标准物理模型之外的其他原因引起的。毕竟依据标准的物理学粒子模型,是不可能存在如此高能量的中微子的。

这只是此次事件的一小部分,所以我们需要对结果保持谨慎态度。然而,这项最新的发现也很有可能揭示了一个我们尚未涉足的物理学新领域。

相关知识

中微子:(常用符号希腊字母ν表示)是由一个费米子(一个自旋为1/2的粒子)组成的,只能借助微弱的原子间作用力和重力。中微子是由于它是电中性,且静止质量很小甚至长久以来被认为是零质量,而被命名。中微子的质量比其他已知的基本粒子的质量要小得多。弱作用力的范围很短,引力的相互作用力又非常弱,中微子是不参与强相互作用的。因此,中微子通常可以毫无阻碍且不被探测地穿过一般物质。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.Tulip,哆啦美,Kylin-technology

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翻译:天文志愿文章组-快速翻译小分队

联合署名Tulip,哆啦美,Kylin

审核:天文志愿文章组-

排版:零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:https://www./2020/02/06/neutrinos-have-been-detected-with-such-high-energy-that-the-standard-model-cannot-explain-them/

本文由天文志愿文章组-Tulip,哆啦美,Kylin

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