幽灵粒子?极难寻找的惰性中微子可能不存在

[ 录入者:zhangms | 时间:2017-04-20 09:01:17 | 作者:晨风 | 来源:新浪科技 | 浏览:747次 ]

铀235产生的中微子数目与模型预期不一致,钚239则与模型预期一致

新浪科技讯 北京时间4月19日消息,科学家们此前猜测存在的一种只会与物质粒子发生短暂引力反应的神秘亚原子粒子可能并不存在——至少最新的反应堆数据解读正确的话,情况应该是如此。

科学家们长期以来就注意到在核反应堆中产生的反中微子数量,理论与实际观测之间存在偏差,反中微子就是中微子的反粒子。于是就有人提出这种差异是否有可能是存在一种所谓“惰性中微子”所导致的。但是现在,一项新的分析认为,这种在理论上被假设出来的粒子可能实际上并不存在。相反,来自中国大亚湾核反应堆的数据表明,我们一直以来所依赖的理论模型很有可能都是错误的。

神秘粒子

中微子是一种几乎没有质量,也没有电荷,极为神秘而难以捉摸的粒子。这种粒子产生于太阳的核心反应区,每时每刻都有超过1000亿个中微子穿过地球上的每一个平方厘米的面积,包括此刻你的身体,但你毫无知觉。这种粒子的反粒子,也就是所谓的“反中微子”可以在核反应堆产物的β衰变过程中产生,这一机制简单来说就是一种质量数较大的同位素损失其部分原子核内中子并以电子和反中微子的形式释放能量的过程。

正是这种β衰变过程居于所谓“核反应堆反中微子数量异常”之谜的中心。在2011年,科学家们对一项理论粒子物理学模型进行了升级,该模型能够预测在核反应堆内可以检测到的反中微子数量。根据这一新的模型,全世界的核反应堆机构都报告称他们检测到的反中微子数量低于理论预期——不知为何,一部分应该产生出来的反中微子神秘地消失了!

解决数量异常之谜

解释这种反中微子数量异常的理论认为一部分反中微子可能转变成了所谓“惰性中微子”。这种粒子只会与其他物质粒子产生引力作用,而不是与一般的中微子那样会存在弱相互作用力。惰性中微子的理论一经出现便吸引了很多科学家的关注,因为它的性质与暗物质非常相似,甚至被认为有可能帮助人类最终认识暗物质的本质。暗物质是一种神秘的未知物质,是宇宙中物质存在的主要形式,远远超过我们能够看到的常规物质的数量。暗物质不会与可见光发生相互作用,因此我们无法观测到它们,而只能经由其产生的引力效应来推断其存在和数量。

然而最近,关于惰性中微子的基础理论基础开始发生动摇。在2016年,一个名为“冰立方”的巨大地下中微子探测设施报告其开展的针对惰性中微子的搜寻工作以零结果告终。尽管还不能完全排除这种粒子存在的可能性,但是这一结果意味着,即便这种粒子的确存在,那么它也不可能存在于目前运行中的绝大部分中微子探测设备的探测能级范围内。

而近日中国大亚湾实验组的结果则更进一步,直接将惰性中微子是否需要存在的理论基础给动摇了。该探测器毗邻大亚湾核电站,该核电站使用铀和钚元素进行核裂变反应并产生能量。研究组分析了在不同能级上反应产生的中微子/反中微子比例,以及四年间中微子和反中微子产生的总数。

研究结果显示由钚-239(原子核内含有94个质子和145个中子)产生的反中微子数量与理论预期相吻合,但是由铀-235衰变反应产生的反中微子数量相比理论预期却有显著的缺失。如果惰性中微子理论正确,那么这两种元素衰变产生的反中微子数量应该事先相当的,出现异常也应该是两者都出现异常。而在现在的情况下,似乎理论本身才是导致这种数量异常出现的原因,换句话说,惰性中微子的理论很有可能是错误的或者存在缺陷的。

不过,有一点需要澄清,这项发现并未完全排除惰性中微子存在的全部可能性。目前麻烦的是,正如其名字所暗示的那样,惰性中微子极难寻找,其探测难度甚至超过其他类型的中微子。因此也有一种可能,那就是这种粒子其实是存在的,只是我们找错了地方。(晨风)

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