費米實驗室首次偵測到中微子相互作用人類向破解暗物質之謎邁進了一步
中微子是宇宙中最豐富的粒子。事實上,每秒鐘就有100 兆個中微子無害地穿過你的身體。由於中微子很少與其他物質發生相互作用,它們被稱為”幽靈粒子”。然而,儘管它們數量眾多,它們仍然是亞原子世界中最難探測的粒子。
根據我們目前對中微子的理解,在A 點和B 點偵測到的中微子數量和類型應該是相同的。然而,各種中微子實驗都觀測到,在與B點相對應的距離上,中微子的數量和類型出現了異常。短基線近探測器(Short-Baseline Near Detector)和第二個名為ICARUS的探測器分別放置在A點和B點,以尋找這種非標準振盪。資料來源:費米實驗室薩曼莎-科赫(Samantha Koch)。
費米實驗室短基線近探測器(SBND)的科學家們達到了一個重要的里程碑–他們探測到了實驗中的首次中微子相互作用。
SBND是費米實驗室短基線中微子計畫的最後一部分,該計畫有來自巴西、西班牙、瑞士、英國和美國的250多位科學家參與。該探測器位於費米實驗室的中微子束源附近,每天可觀測到約7000次中微子相互作用,比任何其他類似探測器都要多。
目前,已知中微子有三種:muon, electron, tau。值得注意的是,它們在傳播過程中會在這些類型之間擺動。 SBND 的主要任務是研究這些振盪,並有可能找到一種新的”無菌”中微子類型的證據,這可能會開啟一個隱藏的新物理學領域。
短基線近距離探測器和ICARUS 分別是短基線中微子計畫的近距離和遠距離探測器。資料來源:費米實驗室
由Vitaly Kudryavtsev 教授和Rhiannon Jones 博士領導的謝菲爾德大學團隊在開發SBND 儀器和軟體以讀取和分析大量中微子訊號方面發揮了關鍵作用。
Kudryavtsev教授說:”如果我們在ICARUS 中觀測到的中微子數量少於我們根據SBND 的觀測結果所預期的數量,這將有可能為我們打開一扇通往新粒子和新現象的隱秘宇宙的視窗。
除了有可能發現新粒子外,SBND 還將為深層地下中微子實驗(DUNE)等項目提供重要數據,這是目前正在進行的另一項重大中微子實驗。
短基線中微子探測器合作小組慶祝探測器開始以100% 電壓運行的時刻。圖片來源:費米實驗室
中微子本身可能會讓人們了解物理學和宇宙學中最大的謎團之一:暗物質的本質。儘管幾十年來人們一直在尋找大質量的暗物質粒子,但一直沒有結果。不過,有些理論認為,類似中微子的輕粒子可能構成了這種難以捉摸的物質。
SBND物理聯合協調人Andrzej Szelc說:”理論家們設計了大量的暗部門模型,這些模型都是輕量級暗粒子,可以在中微子束中產生,SBND將能夠檢驗這些模型是否屬實。”
與中微子有關的其他進展是,水下觀測站”深淵宇宙天體粒子研究”(ARCA)可能探測到了來自外太空的超高能中微子的證據。 ARCA 在地中海下方3500 公尺處運行。另外,歐洲核子研究中心一直在利用大型強子對撞機進行中微子實驗。