北海道大學的研究發現，被稱為中微子的難以捉摸的粒子可以與光子–光和其他電磁輻射的基本粒子–發生相互作用，而這種相互作用的方式是以前未曾探測到的。北海道大學名譽教授石川健三和同事、北海道理科大學講師戶北裕隆的研究成果發表在《物理學公開》（Physics Open）雜誌上。

石川說：”我們的研究成果對於理解一些最基本的物質粒子的量子力學相互作用非常重要。它們還可能有助於揭示太陽和其他恆星中目前鮮為人知的現象的細節”。

中微子是最神秘的基本物質粒子之一。由於中微子幾乎不與其他粒子發生任何相互作用，因此極難對其進行研究。它們呈電中性，幾乎沒有質量。然而，它們的數量卻非常豐富，大量的中微子不斷從太陽中流出，穿過地球，甚至穿過我們自己，卻幾乎沒有任何影響。了解更多有關中微子的信息，對於檢驗和完善我們目前對粒子物理學（即標準模型）的理解非常重要。

日全食，日冕清晰可見。

“在正常的’經典’條件下，中微子不會與光子發生相互作用，”石川解釋說，”然而，我們已經揭示了中微子和光子如何能夠在極大規模的均勻磁場中發生相互作用–大到103千米–這種磁場出現在恆星周圍被稱為等離子體的物質形態中。等離子體是一種電離氣體，這意味著它的所有原子都獲得了或多或少的電子，使它們成為帶負電或正電的離子，而不是地球上日常條件下可能出現的中性原子。”

弱電霍爾效應及其影響

研究人員所描述的相互作用涉及到一種名為”電弱霍爾效應”的理論現象。這是電與磁在極端條件下的相互作用，自然界的兩種基本力–電磁力和弱作用力–在此融合為弱電。這是一個理論概念，預計只適用於早期宇宙的極高能條件或粒子加速器的碰撞中。

研究得出了這種意想不到的中微子-光子相互作用的數學描述，即拉格朗日。它描述了有關該系統能量狀態的所有已知信息。

石川健三，該研究的第一作者和通訊作者。圖片來源：Sohail Keegan Pinto

石川說：”除了有助於我們理解基礎物理學之外，我們的研究還可能有助於解釋日冕加熱之謎。這是一個由來已久的謎團，它涉及太陽最外層大氣–日冕- -的溫度遠高於太陽表面溫度的機制。我們的工作表明，中微子和光子之間的相互作用釋放出能量，使日冕升溫”。

石川在總結髮言中表達了他們團隊的願望：”我們現在希望繼續我們的工作，尋找更深入的見解，特別是在這些極端條件下中微子和光子之間的能量轉移”。