中微子质量的排序可以通过测量地球大气中产生的中微子质量来揭示

导读 一组物理学家(其中三人来自哈佛大学物理系和粒子物理与宇宙学实验室,第四人来自利物浦大学)发现了证据,表明对地球大气中产生的中微子进行...

一组物理学家(其中三人来自哈佛大学物理系和粒子物理与宇宙学实验室,第四人来自利物浦大学)发现了证据,表明对地球大气中产生的中微子进行额外测量可用于揭示这三种中微子是如何产生的。中微子质量的类型是有序的。

CA Argüelles、I. Martínez-Soler、M. Jin 和 P Fernández 在《Physical Review X》杂志上发表的论文中描述了他们如何对当前和近期的水/冰-切伦科夫大气中微子的预期灵敏度进行分析实验,因为它们可能与三种类型的中微子振荡有关。

密歇根大学的物理学家乔什·斯皮茨(Josh Spitz)在《自然》杂志上发表了一篇新闻与观点文章,概述了该团队在这项新工作中所做的工作。

中微子是亚原子粒子,已知有以下三种类型:电子中微子、μ子中微子和τ中微子——其类型被认为是在产生时就确定的。中微子可以通过多种方式产生,例如在超新星或其他重大星体事件期间。有趣的是,它们也可以从一种类型变为另一种类型,例如当它们穿过行星时。这种变化被称为量子混合。

科学家们一直在研究中微子,希望这样做有助于解开物理学中仍然存在的一些重大谜团,例如引力和暗物质的本质。正如这项新工作的团队所指出的,开发更精确地测量中微子的方法将有助于更好地理解混合的工作原理。目标之一是确定三种中微子的质量。

物理学家以多种方式研究中微子,例如使用粒子加速器对撞机产生中微子,在自然界中观察中微子,以及研究宇宙射线与大气原子碰撞时在地球大气层中产生中微子的方式。研究小组的重点正是这第三种方法。

目前研究此类中微子的工作通常涉及建造水室或冰室,其中的光电探测器足够灵敏,可以在中微子与容器中的原子碰撞时捕获中微子。通过研究此类碰撞过程中发出的光图案,研究人员可以确定所涉及的中微子类型、其能量水平以及碰撞发生前的传播距离。

通过分析此类碰撞的大量样本以及迄今为止披露的数据,研究小组发现,信息积累速度应该能够在 2030 年之前确定这三种中微子的质量。

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