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為了填補粒子物理學標準模型的空白，科學一直在努力尋找被稱為“無菌中微子”的假設(shè)粒子。

現(xiàn)在，根據(jù)南極冰冷粒子探測器的最新結(jié)果，科學家?guī)缀蹩梢钥隙]有這樣的粒子。

如果被發(fā)現(xiàn)，無菌的中微子將增加到中微子家庭肖像，并幫助解釋一些謎題，這些謎題表明存在超過三種已知的中微子味道。最終，這樣的粒子也可以幫助解決暗物質(zhì)起源和宇宙中物質(zhì)/反物質(zhì)不對稱的神秘面紗。

中微子是幽靈般的粒子，幾乎沒有質(zhì)量，很少與物質(zhì)相互作用。在閱讀這句話所花費的時間里，數(shù)萬億的中微子會穿過你的身體。有三種已知類型的中微子：μ子，電子和τ?？赡艿牡谒姆N中微子的暗示來自幾個實驗。被稱為“無菌中微子”的假設(shè)粒子除了可能通過重力外根本不會與物質(zhì)相互作用。

發(fā)現(xiàn)無菌中微子也會給標準模型帶來麻煩，標準模型只允許三種已知類型的中微子。威斯康星大學麥迪遜分校物理學教授兼冰立方中微子天文臺首席研究員弗朗西斯哈爾岑解釋說：“如果你投入了第四個中微子，它會改變一切。”這是一個嵌入南極冰層深處的巨型探測器。“無菌意味著它不與物質(zhì)本身相互作用，盡管它可以極大地干擾傳統(tǒng)中微子的作用。”

檢測無菌中微子的唯一方法是將其轉(zhuǎn)化為其他類型之一。幾次試驗暗示了無菌中微子的存在，包括20世紀90年代的洛斯阿拉莫斯國家實驗室，以及最近在香港附近的大亞灣核反應堆設(shè)施。但到目前為止，科學家還沒有得到關(guān)于粒子存在的確切證據(jù)。

現(xiàn)在，在發(fā)表在“ 物理評論快報 ”雜志上的一項研究中，IceCube研究人員可能已經(jīng)基本上擱置了第四種中微子的概念。Halzen表示，在對來自大型南極探測器的數(shù)據(jù)進行的兩次獨立分析中 - 每次都包含一年的數(shù)據(jù)或大約100,000次中微子事件 - 與無菌中微子相關(guān)的驚人特征無處可尋。

使用所謂的大氣中微子進行分析，當宇宙射線撞擊地球上層大氣中的粒子時產(chǎn)生中微子。小組得出的結(jié)論是，99%的確定性不存在先前實驗暗示的eV質(zhì)量無菌中微子。

“像貓王一樣，人們到處都能看到無菌中微子的暗示，”哈爾岑說。“有這些提示，理論家們確信它存在。”

進行分析的小組搜尋了從北半球的天空穿過地球后到達IceCube探測器的成千上萬的中微子事件。因為只有中微子可以不受阻礙地穿過地球，所以地球可以作為一個有效的屏幕，過濾掉所有其他類型的粒子。IceCube由5,160個光探測傳感器組成，這些傳感器在南極下方一英里以上的冰冷的南極冰層中被凍結(jié)。當中微子偶爾撞擊原子核時會發(fā)現(xiàn)中微子，產(chǎn)生一個μ子，隨后是藍色切倫科夫光的明顯條紋。

IceCube團隊進行的搜索研究了320 GeV到20 TeV能量范圍內(nèi)發(fā)生的中微子事件。Halzen指出，在這個范圍內(nèi)，無菌中微子會產(chǎn)生非常獨特的特征。

第四種中微子的吸引力在于它有助于彌合理論上的差距，這種差距可以預測來自某一特定來源的一種中微子束的一些中微子 - 無論是核反應堆，太陽還是大氣 - - 當他們前往遠處探測器時，會從一種中微子變?yōu)榱硪环N中微子。它還有助于解決其他宇宙學難題，如宇宙物質(zhì)和反物質(zhì)之間的不匹配以及暗物質(zhì)的起源。

瑞典烏普薩拉大學物理與天文學教授，IceCube Collaboration發(fā)言人Olga Botner表示：“這一新成果凸顯了IceCube Neutrino天文臺的多功能性。” “它不僅是探索暴力宇宙的工具，而且可以對中微子本身的特性進行詳細研究。”

然而，未能檢測到難以捉摸的粒子，意味著物理學一直處于黑暗中，關(guān)于微小中微子質(zhì)量的起源，或者為什么它們首先具有質(zhì)量，Halzen說。