深層地下實驗結果確認異常現象:或可能成為新的基礎物理學
新科學成果證實了在以前的實驗中看到的異常現象,這可能指向一個尚未證實的新基本粒子–無菌中微子,或表明需要對標準模型物理學的一個方面進行新的解釋如60年前首次測量的中微子截面。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室是合作進行巴克桑無菌過渡實驗(BEST)的美國牽頭機構,其結果最近發表在《Physical Review Letters》和《Physical Review C》上。
評估數據的團隊之一的首席分析師、洛斯阿拉莫斯物理部門的成員Steve Elliott表示:“這些結果非常令人興奮。這無疑再次證實了我們在以前的實驗中看到的異常情況。但這意味著什麼並不明顯。現在關於無菌中微子的結果是相互矛盾的。如果結果表明基本的核物理或原子物理學被誤解了,那也將是非常有趣的。”洛斯阿拉莫斯團隊的其他成員包括Ralph Massarczyk和Inwook Kim。
在俄羅斯高加索山脈的巴克山中微子觀測站地下一英里多的地方,BEST利用26個經過輻照的鉻51盤–一種鉻的合成放射性同位素和340萬庫裡的電子中微子源,以輻照鎵的內部和外部槽。鉻51是一種柔軟的銀色金屬,也用於以前的實驗,它的電子中微子跟鎵的反應產生了同位素鍺71。
測量到的鍺71的產生率比基於理論建模的預期低20-24%。這一差異跟以前的實驗中看到的異常情況是一致的。
BEST建立在一個太陽中微子實驗–蘇美鎵實驗(SAGE)的基礎上,從20世紀80年代末開始,洛斯阿拉莫斯國家實驗室是該實驗的主要貢獻者。該實驗還使用了鎵和高強度的中微子源。該實驗和其他實驗的結果表明電子中微子的不足–預測和實際結果之間的差異,被稱為“鎵異常”。對這種不足的解釋可能是電子中微子和無菌中微子狀態之間振蕩的證據。
同樣的反常現像在BEST實驗中再次出現。可能的解釋再次包括震盪成無菌中微子。這種假設的粒子可能構成暗物質的一個重要部分,這是一種被認為構成物理宇宙絕大部分的前瞻性物質形式。不過這種解釋可能需要進一步測試,因為每個罐子的測量結果大致相同,儘管比預期的要低。
對這一反常現象的其他解釋包括在實驗的理論輸入中可能存在誤解–物理學本身需要重新修訂。Elliott指出,電子中微子的截面從來沒有在這些能量下被測量過。如測量截面的一個理論輸入是原子核處的電子密度,這很難確認。
實驗的方法被徹底審查從而確保在研究的各個方面沒有錯誤,如輻射源的放置或計數係統的操作。未來如果進行實驗的迭代–可能包括一個不同的輻射源,其能量更高、半衰期更長且對更短的振蕩波長敏感。