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摘要:大亚湾一个粒子探测器舱内的景象,光电倍增管测量来自反中微子的信号。现在,一项新的分析表明,这种反应堆的反中微子差异并不是一种新的假设粒子,即无菌中微子的结果。大亚湾核电站的数据显示,这些理论模型可能一直都是错误的。
“在可能的解释中,最令人兴奋的是,我们有了一种新的物理现象,比如无菌中微子。”这种解释现在不太可能了,“[物理学中18个最大的未解之谜]”
“幽灵粒子”“中微子几乎没有质量,没有电荷,而且令人难以置信的难以捉摸。这些幽灵般的粒子是在太阳炽热的心脏中产生的,每天有1000亿个粒子穿过我们每厘米的身体而不被注意到。它们的反物质伙伴,称为反中微子,在β衰变期间形成于核反应堆(地球上),一个重同位素从其核中喷射出一个中子,然后将其转化为电子和反中微子的过程。
正是这个β衰变过程,处于所谓反应堆反中微子异常的核心。2011年,科学家们更新了一个理论粒子物理模型,该模型预测了反中微子在核反应堆中的探测频率。基于这个新模型,来自世界各地的数据显示,反应堆产生的反中微子比预期的要少:一些预测的反中微子不知何故消失了。
异常解决了一个解释这种差异的主要理论认为,这些缺失的反中微子中的一些正在转变变成一种假设的粒子,叫做无菌中微子。不育的中微子只能通过重力与其他物质相互作用,而不像其他中微子那样通过弱力。无菌中微子在理论上很有吸引力,部分原因是它们与暗物质有着相似的性质,并且可能解释暗物质,暗物质被认为构成了宇宙中大部分物质;暗物质与可见光不相互作用。
最近,无菌中微子的情况已经出现不稳定的地面。2016年,一个被称为“冰立方中微子观测站”的大型地下实验在寻找无菌中微子的过程中被清空。这意味着,如果无菌中微子确实存在,那么它们就必须存在于目前运行的中微子实验之外的能量范围内。[冰立方照片:埋在南极冰层下的物理实验室]
这项新的研究进一步减少了对无菌中微子的需求。贝克和他的同事仔细研究了大亚湾核电站的数据。大亚湾通过铀、钚等放射性元素的裂变产生核能。他们分析了在不同能量下产生的中微子和反中微子的比例,以及总共产生了多少中微子,观察四年来生产的200多万个反中微子。
当前的研究发现,放射性钚239(94个质子和145个中子的钚原子)产生的反中微子数量与理论预测相符,但放射性铀235(92个质子和143个中子)衰变产生的抗中微子比率明显低于模型预测的值。如果无菌中微子是这一异常现象的幕后黑手,那么从钚的放射性衰变中产生的丢失的反中微子的比例应该与从铀中产生的相同。相反,模型很可能是异常的来源。
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