幽灵粒子谜团将解开！走到南极洲，看Zee爆发暗藏的中微子密码

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小心Zee爆发！

一幅插图展示了没有冰的冰立方内部是什么样子。

中微子的质量从何而来?这是一个谜，也是粒子物理标准模型中最令人困惑的一个。但是一组物理学家认为他们知道如何解决这个问题。

问题是:中微子是不同寻常的。超微弱粒子，它们中的大多数能量都很低，而且没有实体，它们不停地穿过我们的整个星球。几十年来，科学家们一直认为它们压根就没有质量。在描述粒子物理学的标准模型的原始版本中，中微子是完全失重的。大约20年前，情况发生了变化。物理学家现在知道中微子是有质量的，尽管质量很小。他们还不确定为什么会有这么大的质量。

《物理评论快报》(Physical Review Letters)发表的一篇新论文认为，我们可以解开这个谜团。提供足够的时间和数据，我们就能够探测到应该有助于揭开它们质量秘密的能量最高的中微子 。

探测中微子共振

中微子具有不同的能量:两个完全相同的粒子或许会有非常不同的表现，这取决于它们携带了多少能量。

我们能探测到的中微子大部分来自太阳和地球上少数超亮的能源(如核反应堆)，能量相对较低。低能量的中微子很容易穿过大块的物质，而不会撞到任何东西。但我们的星球也被有着更高能量的中微子轰击着。而且这些粒子更有可能撞击其他粒子，就像一辆拖拉机拖着拖车在高速公路上呼啸而过。

早在2012年，一个粒子探测器在南极洲上线，旨在探测那些高能量的中微子。但名为冰立方的探测器无法直接探测到它们。相反，它寻找的是高能中微子与周围冰中的水分子碰撞的后果——这种碰撞使得冰立方能够探测到的其他种类粒子的爆发。通常这些爆发是混乱的，产生各种各样的粒子。但有时它们却异常干净——这是共振过程的结果，该研究的合著者、华盛顿大学圣路易斯分校的物理学家Bhupal Dev说。

当一个中微子撞击另一个粒子，特别是一个电子时，它有时会经历一个被称为“Glashow的共振”的过程。首次提出是在1959年，Glashow的共振需要非常高的能量，根据2018年中微子会议上的演讲，一个单一的例子可能出现在2018年的冰立方。

但是根据Dev和他的合著者所说，也许还有其他类型的共鸣。关于中微子如何获得质量的一个比较流行的理论被称为“Zee模型”。在Zee的模型下，会有另一种像玻璃一样的共振，产生另一种新的粒子，称为“Zee爆发”，研究人员在新研究中写道。而这种共鸣是冰立方能够探测到的。

如果探测到Zee的爆发，标准模型将会有一个彻底的更新，完全改变物理学家对中微子的看法，Dev说。

Zee的模型将从一个理论变成坚实的科学，现有的中微子模型将被抛弃。

但是冰立方只对一定范围的中微子能量敏感，而产生Zee爆发的条件就在这个范围的边缘。假以时日，冰立方可能会在未来30年的某个时候发现这样的事件。

但幸运的是，研究人员指出，冰立方的更新即将到来。一旦探测器升级到更大、更灵敏的IceCube-Gen 2(目前还不清楚这将在何时发生)，更灵敏的设备应该能够在三年内检测到Zee的爆发——如果Zee爆发真的存在的话。

如果Zee爆发不存在，那么Zee的模型也是错误的，中微子质量的谜团也只会变得更深。

作者: Rafi Letzter

FY:蘑菇蘑菇

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