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冰川之中的中微子的三種不同的味道！

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南極洲的冰立方天文臺(tái)在今日探測(cè)到了中微子的跡象，每個(gè)三個(gè)味道（者：分別為電中微子，μ中微子以及τ中微子）中，每一味道的數(shù)量一致，兩隊(duì)獨(dú)立的物理研究團(tuán)隊(duì)都指出這一點(diǎn)。這一數(shù)據(jù)推翻了初步的數(shù)據(jù)研究中所說(shuō)多數(shù)中微子為電中微子的理論。最新的數(shù)據(jù)與我們今日的理解相同，進(jìn)一步將希望之光照進(jìn)冰立方天文臺(tái)之中，希望它所提供的數(shù)據(jù)會(huì)在為我們提供標(biāo)準(zhǔn)模型之外的物理學(xué)。

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坐落在阿蒙森·史考特南極基地，冰立方中微子天文臺(tái)是多個(gè)埋在冰川之中排列組合的光電探測(cè)器。在2013年下半年，冰立方首次報(bào)道稱它探測(cè)到了第一個(gè)來(lái)自中微子帶有極高強(qiáng)度的的信號(hào)），這一數(shù)據(jù)指出中微子來(lái)自我們的星系之外。太陽(yáng)和宇宙微波所產(chǎn)生的中微子與大氣層相撞，這是多年前就已經(jīng)被探測(cè)到了的，但更遠(yuǎn)處的中微子則更加神秘。所以在2013年，這一發(fā)現(xiàn)在2013年被譽(yù)為物理世界的年度突破。

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中微子有三個(gè)不同的“味道”，分別為電中微子，μ中微子以及τ中微子，他們會(huì)在長(zhǎng)距離的運(yùn)動(dòng)中從一個(gè)味道擺動(dòng)到另一個(gè)味道。所以如果有中微子穿過任意長(zhǎng)距離之后到達(dá)地球，我們可以合理推測(cè)他們均勻地分布在三個(gè)味道之間，電中微子：μ中微子：τ中微子的比例為1:1:1.但取決于中微子形成的方式，實(shí)際結(jié)果可能與預(yù)期的平均分布有著微小的偏差，而這一微小的偏差則可以為我們提供中微子被生產(chǎn)的方式以及地點(diǎn)。

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豐富的電中微子

2014年，西班牙瓦倫西亞大學(xué)學(xué)者奧加·孟娜，瑟吉?dú)W·帕洛馬爾斯-若伊茲和亞倫·文森特對(duì)冰立方從2010年至2012年的數(shù)據(jù)進(jìn)行了一次獨(dú)立分析，他們的結(jié)論是最優(yōu)的味道比例為1:0:0，豐富的電中微子，而沒有任何μ中微子或τ中微子。如果這是真實(shí)的， 那么這一出乎意料的結(jié)果意味著中微子經(jīng)過了少見的衰變，或者所被探測(cè)到的粒子和第四個(gè)只在假說(shuō)中存在的中微子味道——惰性中微子。兩種情況都將研究指向標(biāo)準(zhǔn)模型以外，我們?nèi)圆皇熘奈锢眍I(lǐng)域。

當(dāng)三個(gè)不同味道的中微子與探測(cè)器發(fā)生反應(yīng)時(shí)，他們會(huì)生產(chǎn)更小的粒子，這是冰立方工作的原理。但μ中微子和一小部分τ中微子會(huì)生產(chǎn)出一種高能量的渺子，這種渺子會(huì)在穿過探測(cè)器時(shí)留下一串可見的腳印?！八匀绻覀儼l(fā)現(xiàn)了這樣的腳印，我們能認(rèn)出來(lái)所遇見的粒子是μ中微子或τ中微子，但并不能分清具體是哪一個(gè)，”加里·班德，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校物理學(xué)家，冰立方實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的一員，這樣說(shuō)道，“我們不能確定具體是哪一個(gè)味道造成了一個(gè)現(xiàn)象，但我們可以對(duì)于更小粒子與足跡的分布做一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，并用此估計(jì)估計(jì)每個(gè)味道的多少。”

至今，班德與冰立方團(tuán)隊(duì)已研究了很大一部分冰立方的數(shù)據(jù)從2010年五月到2013年五月，974天分別收集。其中包括137顆中微子的能量超過35TeV，并且均勻分布在三個(gè)味道之間?！盁o(wú)論我們?nèi)绾握{(diào)整實(shí)驗(yàn)設(shè)備，得到完全電中微子是不可能的，所以我們沒有觀測(cè)到這一現(xiàn)象。平均分布的三個(gè)味道明確的告訴我們新時(shí)代物理對(duì)宇宙中微子進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)的影響?！卑嗟抡f(shuō)道。一支意大利的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了相似的實(shí)驗(yàn)，兩位帶隊(duì)人弗蘭西克·維桑尼與安德里亞·帕拉蒂諾在坐落于拉奎拉的格蘭薩索科學(xué)研究所，以及坐落于阿瑟吉的格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。這個(gè)研究組織將目光集中在能量大于60TeV的中微子上，研究結(jié)果也與傳統(tǒng)天體物理學(xué)模型相符。

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解開迷霧

班德告訴天文在線，“目前，中微子味道比與均勻分布的假想相符，而我們的器械并不足以探測(cè)到微小的偏差，這些微小的偏差可以告訴我們是什么天體產(chǎn)出了這些中微子，但這很快就會(huì)變化。”他繼續(xù)說(shuō)道，他的研究團(tuán)隊(duì)“認(rèn)為在未來(lái)收集到的中微子味道分布數(shù)據(jù)會(huì)幫助我們解開中微子來(lái)源的謎團(tuán)?！?/span>

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班德還指出了一些非傳統(tǒng)的理論，這些理論預(yù)測(cè)了距離均勻分布更加遙遠(yuǎn)的偏差?！皽y(cè)量味道的分布可以給我們帶標(biāo)準(zhǔn)模型以外的物理學(xué)，但目前我們還沒有任何這方面的證據(jù)，”他說(shuō)。

維桑尼補(bǔ)充道，冰立方還會(huì)測(cè)量中微子的能量級(jí)分布，這對(duì)證明它們的來(lái)源提供了進(jìn)一步的幫助。他指出：“未來(lái)冰立方的研究，可以毫無(wú)疑問地指出這些中微子來(lái)自天體，我們第一次發(fā)現(xiàn)了τ中微子?！?/span>

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作者: Tushna Commissariat

FY: mjr

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