中微子探測器最新結果或幫助揭開宇宙暗物質之謎

設在南極的「冰立方」中微子觀測站

標準模型是一項非常精確的理論，但其中仍然存在缺失環節，比如暗物質的本質以及宇宙中為何大量分布的是物質，而非反物質，等等

當你正在看這篇文章時，正有數以萬億計的「幽靈粒子」穿過你的身體，而你卻對此毫無感知覺。這些粒子被稱為「中微子」，它們是構成宇宙的基本粒子之一。同時它們也是我們了解最少的粒子之一，因為它們幾乎不會與任何物質發生相互作用，因此想要探測它們就會十分困難。

而現在，設在南極的一台大型中微子觀測站正在對中微子進行監測，並希望能夠藉此回答有關宇宙的一些基本問題。近日，美國密歇根州立大學的科學家們在華盛頓召開的美國物理學會會議上報告了有關南極「冰立方」（IceCube）中微子觀測站獲得的最新觀測結果。

他們的觀測結果將有助於填補粒子物理學標準模型中的一項重要缺口，這項理論能夠幫助解釋宇宙中絕大部分基本粒子的行為。

密歇根州立大學物理學與天文學副教授蒂斯·德楊（Tyce DeYoung）表示：「標準模型是一項非常精確的理論，但其中仍然存在缺失環節，比如暗物質的本質以及宇宙中為何大量分布的是物質，而非反物質，等等。」他說：「我們目前還難以回答這樣的問題。我們希望通過對中微子基本性質的觀測，比如它們的質量和狀態的改變，我們或許能夠在這些開放性問題上取得一些進展。」

中微子是非常特別的粒子，它們不帶電荷，並且質量極小，至少要比任何其他科學界已知的粒子輕100萬倍。

它們幾乎從不與物質之間發生相互關係，唯一的例外是當它們剛好迎頭撞上物質粒子的時候，才能被我們探測到。正是由於我們對這種粒子幾乎一無所知，德楊教授將他和他的小組的工作比喻成一場垂釣旅行——你不知道你會釣到什麼魚，你也不知道用什麼樣的餌料是最好的。

高能中微子是由轟擊地球高層大氣的宇宙射線所產生的。自從1931年物理學家伍爾夫崗·泡利預言這種粒子的存在之後，科學家們便一直在孜孜不倦地探尋這種粒子的本質。

很多人相信這些小小粒子可能將是我們揭開宇宙中最神秘的隱匿部分——暗物質和暗能量之謎的關鍵鑰匙。而現在，設在南極的「釣魚設備」開始幫助科學家們縮小他們的搜索範圍。

全球各地大部分的中微子探測器都會使用巨大的水槽，裡面灌滿大量的高純度水，四周則布滿高性能探測器，用於捕捉中微子與水中氫或氧原子核迎頭撞擊時產生的微弱閃光信號。

但是設在南極的「冰立方」探測器獨闢蹊徑，它採用南極厚厚的冰層本身作為探測器，探測裝置設置在南極冰雪下方2.5公里深處。埋置在冰層內部的探測裝置將捕捉中微子撞擊水冰內氫氧原子時產生的閃光信號。

德楊表示：「作為一名物理學家，我們希望希格斯玻色子能夠指引我們達到超越標準模型的境地；但不幸的是，我們對於希格斯粒子的測量並沒有給出很多線索。因此我們希望能夠在對中微子的研究中找出一些什麼東西來。相比其他探測方案，冰立方探測器能夠在不同能級範圍內對中微子開展探測，我們廣撒網了。」

冰立方的測量數據顯示一種中微子幾乎恰好是另外兩種中微子的「和」。德楊表示：「中微子存在震蕩現象，它會在三種不同形式之間發生轉變。因此，如果我們發現其中一種中微子形式恰好是另外兩種中微子的混合的話，這或許是一種巧合，但也或許，這背後還有更加深刻的原理，或許它可以指引我們超越粒子物理標準模型理論。」

研究組獲得的測量結果與世界上其他工作在更低能級上的實驗結果是相吻合的，但相關數據仍然需要後續更進一步的測定。冰立方的物理學家們還將繼續採集更多數據並完善他們的分析結果，以提升其精準程度。

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