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几十年来,真正的中微子一直瞒着物理学家。他们能在南极洲找到它吗?

大量的“真正的中微子”长期以来一直避开物理学家,但南极的冰立方中微子观测站可能会帮助物理学家找到它们。在这个例子中,一个中微子与南极冰层相互作用,在这个过程中释放出一个μ子。当μ子以超快的速度移动时,它会留下一道蓝光的痕迹,即切伦科夫辐射。nicole R.Fuller/NSF/IceCube)

中微子可能是已知粒子中最令人费解的。他们只是藐视所有已知的粒子行为规则。他们嘲笑我们奇特的探测器。就像宇宙猫一样,它们无需担心和关心地在宇宙中穿梭,偶尔与我们其他人交流,但实际上只有当它们感觉像的时候,这并不是经常发生的。

最令人沮丧的是,它们戴着面具,从来没有两次看起来是一样的。

但是一个新的实验可能让我们只是离撕下面具更近了一步。揭示中微子的真实身份有助于回答长期存在的问题,比如中微子是否是它们自己的反物质伙伴,甚至有助于将自然界的力量统一到一个统一的理论中。[物理学中18个最大的未解之谜]

一个大问题

中微子很奇怪。有三种:电子中微子、μ子中微子和τ中微子。(也有这三种粒子的反粒子版本,但这并不是故事的主要部分)之所以这样命名,是因为这三种粒子与三种不同的粒子发生了碰撞。电子中微子加入了涉及电子的相互作用。μ子中微子与μ子配对。猜测τ中微子与什么相互作用将不获加分。

到目前为止,这一点都不奇怪。奇怪的是,

指的是不是中微子的粒子,比如电子、μ子和τ粒子,你看到的就是你得到的。这些粒子除了质量外都是完全相同的。如果你用一个电子的质量发现一个粒子,它的行为将和一个电子的行为完全一样,μ介子和τ也一样。更重要的是,一旦你发现一个电子,它将永远是一个电子。没有更多,没有更少。对μ介子和τ介子来说是一样的。

但对它们的近亲电子、μ介子和τ中微子来说却不一样。

我们所说的“τ中微子”并不总是τ中微子。它可以改变自己的身份。它可以在飞行途中变成电子或μ子中微子。

这种基本上没有人预料到的奇怪现象被称为中微子振荡。这意味着,除其他外,你可以创造一个电子中微子,并把它作为礼物送给你最好的朋友。但是当他们得到它的时候,他们可能会失望地发现一个τ中微子,因为技术上的原因,

Teeter totter

,中微子振荡只有在有三个不同质量的中微子时才起作用。但振荡的中微子不是电子味、μ介子味和τ味的中微子。

相反,有三个“真的”中微子,每一个都有不同但未知的质量。这些真实的、基本的中微子的独特混合创造了我们在实验室中检测到的每一种中微子味道(电子、μ子、τ)。所以,实验室测量的质量是那些真实中微子质量的混合物。同时,每一个真正中微子在混合体中的质量决定了它转变成每一种不同味道的频率。[在世界顶尖的物理实验室里]

物理学家现在的工作是理清所有的关系:这些真正的中微子的质量是多少,它们是如何混合在一起形成这三种味道的因此,物理学家们正在寻找通过观察中微子何时和多久变换口味来揭示“真正”中微子的质量。同样,物理术语在解释这一点时也没有帮助,因为这三个中微子的名字仅仅是m1,m2和m3。

各种艰苦的实验教会了科学家一些关于真实核质量的知识

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