一项深埋地下的实验希望能解释镓异常现象。
镓异常可以追溯到20年前的一个令人困惑的实验发现。
答案可能代表一个基本的转变,也可能是一个理论化的新粒子。
物理学家正在探索俄罗斯山脉地表下一英里处的实验粒子反应堆的复杂发现。他们的发现有可能让一场地震穿透物理学标准模型本身的基石:结果可能证实一种新的基本粒子,称为“惰性中微子”,或者证明需要修改标准模型的一部分。
为了理解这个团队的发现,我们需要讨论一下中微子,它是大质量粒子中最常见、质量最小的(任何质量的粒子)。中微子在几十年前首次被理论化,并且只通过引力和标准物理模型的“弱力”相互作用,这意味着,就像暗物质一样,中微子可以随意穿过我们、我们的星球和空间;它们几乎不与任何东西互动。在过去的几十年里,科学家们已经开发出了通过追踪中微子对周围物质的影响来测量中微子的方法。
然后,在20多年前,科学家首次探测到一种叫做“镓异常”的东西。在一项准备测量太阳中微子的特殊实验中,科学家们将一种名为铬51的合成同位素与大量的镓源结合起来。镓是一种特殊的金属,在人体温度下就会融化,看起来有点像汞。两者一起产生一种同位素锗71。
虽然元素本质上是它们自己,但原子只是亚原子粒子的方程式。通过增加或减少像电子这样的粒子来改变这个公式,改变了这个原子是什么元素。一般来说,核能是基于这样的原理:你可以撬开原子核,在里面晃悠,让其他东西出来。
但在巴克桑的那次被称为苏美镓实验(SAGE)的实验中,科学家们观察到了一些奇怪的现象。根据现有的镓和铬51的供应量和实验的性质,锗71原子比应该的数量少了20 - 24%。当时的科学家,直到今天,都不确定为什么没有足够的锗71。所有这些都被称为“镓异常”。
有两种主要的思想流派可以解释这种差异,但你不会真正喜欢其中任何一种。首先,我们可能对物理学标准模型的基本原理有误解,这意味着这是一个全新的东西,我们现在没有范式,这可能会撼动整个体系。第二种解释是,这是一种特殊的中微子,它甚至不受弱力的影响——它只受引力本身的影响。
在这项新的研究中,来自洛斯阿拉莫斯的科学家们开始解读巴克桑即将进行的最新实验的数据:巴克桑无菌转变实验(BEST)。BEST继续迭代从SAGE开始的研究传统,在它的名字中包括一个剧透。这就是“无菌转变”的概念,“无菌”是一个专业术语,指的是中微子只会受到引力的影响。研究人员在一篇论文中写道:“研究发现,每个距离的概率都是相似的,但比预期低20% - 24%,这再次证实了这种异常现象。”
到目前为止,BEST的实验和它的数据最酷的地方在于,它对实验的设置进行了微调,因此结果将开始指向或远离惰性中微子。这可以帮助科学家在继续研究镓异常时确认或消除这种可能性。很难设计实验来测试惰性中微子,因为引力是最弱的基本力,而中微子又小又轻;这就像试图抓住树上的一片叶子在微弱的风中做出最微小的动作。
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