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奇怪的中微子无法解释物质的巨大谜语

  奇怪的中微子无法解释物质的巨大谜语作者:Lana Bandoim,Live Science Contributor

   2018年4月11日美国东部时间上午06:58 0 0 更多合作伙伴系列奇怪的中微子无法解释物质的巨大谜语意大利核物理研究所的Gran Sasso国家实验室位于距离罗马约60英里的Gran Sasso山表面下方近一英里处,可以探测到称为中微子的微小颗粒。图片来源:Paolo Lombardi INFN-MI 在意大利的一座山深处,在已知宇宙中最冷的立方米中,科学家正在寻找证据,即称为中微子的幽灵粒子作为他们自己的反物质伙伴。这些研究人员发现的东西可以解释宇宙中物质和反物质的不平衡。到目前为止,他们空手而归。来自 意大利Gran Sasso 的CUORE(低温地下天文台)实验的前两个月的最新结果显示,没有任何过程证明由宇宙辐射产生的中微子是他们自己的反物质伙伴。这意味着如果过程确实发生,它很少发生,大约每10个月(10 ^ 25)年发生一次。广告这个实验的最终目标是解决宇宙中最持久的谜语之一,并且表明我们甚至不应该在这里。这个谜团的存在是因为理论上的大爆炸 - 据说一个微小的奇点据说已经膨胀了超过138亿年左右来形成宇宙 - 应该导致宇宙中有50%的物质和50%的反物质。[ Big Bang to Civilization 10 Amazing Origin Events ] 当物质和反物质相遇时,它们会消灭并使对方不存在。但这不是我们今天所看到的。相反,我们的宇宙主要是物质,科学家们正在努力去发现所有反物质发生的事情。这就是中微子进入的地方。什么是中微子? 中微子是微小的基本粒子,实际上没有质量。每个都小于原子,但它们是 自然界中最丰富的粒子之一。像幽灵一样,它们可以穿过人和墙而没有任何人(甚至是中微子)注意到。大多数基本粒子都有一个奇怪的反物质对应物,称为反粒子,它具有与其正常物质伙伴相同的质量但相反的电荷。但是中微子本身有点奇怪,因为它们几乎没有任何质量,而且它们是无能为力的。因此,物理学家猜测,他们可能是他们自己的反粒子。当粒子作为自己的反粒子时,它被称为Majorana粒子。 “我们目前所掌握的理论根本就没有告诉我们中子是否属于那种Majorana类型。而且这是一个非常有趣的事情,因为我们已经知道我们错过了关于中微子的东西,”理论物理学家萨宾德国法兰克福高等研究院的研究员Hossenfelder告诉Live Science。不属于CUORE的Hossenfelder指的是中微子奇异的无法解释的特征。如果中微子是Majoranas,那么它们就能够在物质和反物质之间转换。研究人员说,如果大多数中微子在宇宙开始时变成普通物质,这可以解释为什么物质今天超过了反物质 - 以及为什么我们存在。 CUORE实验在典型的实验室中研究中微子是很困难的,因为它们很少与其他物质相互作用并且极难检测 - 每分钟都有数十亿通过你未检测到。除了其他辐射源之外,还很难区分它们。这就是为什么物理学家需要进入地下 - 距离地球表面近一英里(1.6公里)的地方 - 一个巨大的钢球包围着由意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室运行的中微子探测器。[ 5可能潜伏在地球表面下的神秘粒子 ] 该实验室是CUORE实验的发源地,该实验正在寻找一种称为中微子双β衰变的过程的证据 - 另一种说中微子作为自己的反粒子的方法。在正常的双β衰变过程中,核衰变并发射出两个电子和两个反中微子。然而,中微子双β衰变不会释放任何反中微子,因为这些反中微子可以作为他们自己的反粒子并且会相互湮灭。在试图“看到”这个过程时,物理学家们观察了碲同位素放射性衰变过程中发出的能量(以热量的形式)。如果发生中微子双β衰变,则在某一能量水平会出现峰值。 加载广告为了准确地检测和测量这种热能,研究人员在已知的宇宙中制作了最冷的立方米。他们将它与一个巨大的温度计相比较,其中有近1000颗二氧化碲(TeO2)晶体,工作温度为10毫开氏度(mK),为零下459.652华氏度(零下273.14摄氏度)。随着放射性碲原子衰变,这些探测器寻找能量峰值。 CUORE合作 - 由200名科学家,工程师和技术人员组成的团队 - 发布了他们的第一批成果。他们的新论文于3月26日发表在“物理评论快报”杂志上,他们发现该实验在两个月后没有显示出任何中微子双β衰变。然而,他们表示他们计划再继续实验五年,以收集更多数据 - 明确排除(或发现)中微子双β衰变所需的时间。 “中微子是他们自己的反粒子的观察将是一个重大的发现,并要求我们重写普遍接受的粒子物理学标准模型。它会告诉我们物质有一种新的和不同的质量机制,”研究人员卡尔斯滕耶鲁大学教授Heeger告诉Live Science。即使CUORE无法明确表明中微子是它自己的反粒子,研究中使用的技术也可能有其他用途,麻省理工学院物理学助理教授兼CUORE团队成员Lindley Winslow说。 “将CUORE冷却至10 mK的技术与用于量子计算的超导电路相同。下一代量子计算机可能采用CUORE风格的低温恒温器[一种可将温度保持在极低温度的设备]。可以称我们为早期采用者,“温斯洛告诉Live Science。

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