发现新的基本粒子

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P.物理学家们既兴奋又困惑新报告来自芝加哥附近费米国家加速器实验室的中微子实验。的MiniBooNE实验已经发现了比预期多得多的特定类型的中微子，这一发现最容易用一种新的基本粒子的存在来解释:一种“无菌”中微子，它比三种已知的中微子类型更奇怪，更隐僻。这一结果似乎证实了一个几十年前的实验的反常结果，MiniBooNE是专门用来进行复核的。

这位物理学家说，中微子异常现象的持续存在非常令人兴奋斯科特Dodelson卡耐基梅隆大学。它“将表明确实发生了一些事情，”补充说安ž糖肉布鲁克海文国家实验室。

至于说什么，没人知道。

“我对这个结果感到非常兴奋，但我还没准备好说‘Eureka!“说珍妮特·康拉德他是麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的中微子物理学家，也是MiniBooNE合作项目的成员。

无菌中性细胞的存在将彻底改变物理从最小尺度的物理学。它终于打破了自20世纪70年代以来统治的粒子物理学的标准模型。Dodelson表示，它还需要“一个新的宇宙标准模型”。“标准图片中还有其他潜在的裂缝，”他补充道。“Neutrino Paradox可以指向新的更好的型号。”

中微子是微小的粒子，每秒钟通过我们的身体数十亿次，但很少相互作用。它们在电子、介子和tau三种已知类型或“口味”之间不断振荡。MiniBooNE实验将一束介子中微子射向一个巨大的油罐。在去往储罐的途中，其中一些介子中微子会以介子和电子中微子质量差的速度转变为电子中微子。MiniBooNE接着监测电子中微子的到来，当它们与石油分子相互作用时，在罕见的情况下会产生典型的辐射闪光。在它运行的15年里，MiniBooNE已经记录了比预期多几百个电子中微子。

的simplest explanation for the surprisingly high number is that some muon neutrinos are oscillating into a different, heavier, fourth kind of neutrino—a sterile one, meaning it never interacts with anything that isn’t a neutrino—and that some of these heavy sterile neutrinos then oscillate into electron neutrinos. The greater mass difference prescribes a higher rate of oscillations and more detections.

Los Alamos中的液体闪烁体Neverrino检测器（LSND）在20世纪90年代检测了类似的异常，促使小叶松的构建。然而，与LSND和MINIBOONE不同的其他中微子实验未能产生令推定的无菌中性细胞的清晰标志。“这是这项业务的诅咒，一些实验在别人没有看到某些东西，”沃纳Rodejohann位于德国海德堡的马克斯·普朗克核物理研究所。

如果惰性中微子确实能解释新结果，物理学家们就很难理解这些新粒子的特性如何能与我们已知的所有其他粒子相容。也许最令人不安的是，对早期宇宙光的宇宙学观测表明，当时只有三种类型的中微子存在。为了理解LSND、MiniBooNE和迄今为止的所有其他实验，“需要一些全新的理论框架，”Slosar说。

此外，可以假设拟合小硼酮的特定无菌中性细胞没有解决任何导致物理学家在首先理解这些颗粒的任何谜团。如果足够重，无菌中微子可以作为看似吞噬星系的隐形“暗物质”。他们会解释为什么电子，μ子和Tau Neutrinos通过称为跷跷板机制的数学技巧如此轻巧。但是在不到1的电子伏特，推定的小纤维酮无菌中性rino缺乏这些其他目的的重点。“我们没有理由期望1-ev无菌中微子，”马修·巴克利他是罗格斯大学的粒子物理学家。“这并没有阻止宇宙在过去添加新的粒子。”

这种困惑让许多专家抑制了他们的乐观情绪，怀疑MiniBooNE和LSND都陷入了某种未知错误的陷阱。Freya Blekman，布鲁塞尔自由大学的一位物理学家认为，这些实验可能系统地低估了MiniBooNE的油罐中被称为中性介子的粒子衰变的速率——这一事件模拟了电子中微子的信号。

“很明显，有些东西需要理解，我当然希望这是第四个中微子，”他说Neal Weiner.他是纽约大学的理论物理学家。“也就是说，这将是第一个在标准模型之外发现的粒子，所以证据的门槛显然非常高。”目前，他说，“我正在采取一种观望的态度。”

一个更明确的答案将在未来的实验中出现，包括一个叫做IsoDAR这是康拉德和她的许多同事提出的。它不会计算光束末端某一特定味道的中微子的数量，而是捕捉到中微子在不同味道的传播过程中来回摆动，这样就能更全面地了解中微子的振荡。康拉德说，“我还没准备好赌我的钱，因为多余的部分是一团”。“如果其他东西也能形成一团呢?”要想真正被说服，我希望看到，具有高度重要性的，预测的摆动。”

Natalie Wolchover是广达电脑覆盖物理科学的杂志。以前，她为流行的科学写，Livescienceand其他出版物。她在塔夫斯大学有一个学士学位的物理学，研究加州大学，伯克利大学的研究生级物理，并在非线性光学中共同撰写了几篇学术论文。她的写作是以2015年数学写作的最佳写作。她是2016年统计报告奖卓越奖的获胜者，以及2016年的2016年Evert Clark / Seth Payne奖，年轻科学记者奖。@Nattyover.