中微子是最著名的 “害羞” 粒子,几乎可以穿透一切——你的身体、地球、专门为捕捉它们而设计的探测器——却悄无声息。但与它们迄今为止假设的表亲惰性中微子相比,普通中微子简直是鞭炮。惰性中微子甚至不通过弱力与普通物质相互作用,而弱力是将中微子与日常世界联系起来的短暂纽带。然而,最近,新的实验揭示了诱人的证据,表明惰性中微子不仅真实存在而且很常见。它们中的一些甚至可能是天文学家困惑了几十年的神秘暗物质的构成成分。
物理学家们还没有完全准备好做出如此戏剧性的声明,但加州大学洛杉矶分校的亚历山大·库森科说,这些结果“如果被证明是正确的,将极其重要”。
科学家们是如何寻找几乎无法探测到的粒子的呢?库森科和美国宇航局戈达德太空飞行中心的迈克尔·洛温斯坦推断,如果惰性中微子真的是暗物质,它们偶尔会衰变成普通物质,产生一个较轻的中微子和一个 X 射线光子,因此在发现暗物质的任何地方寻找这些 X 射线是有道理的。他们使用钱德拉 X 射线望远镜观察了一个据信富含暗物质的附近矮星系,并在恰好正确的波长处发现了一个有趣的 X 射线凸起。
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另一个证据来自超新星。如果惰性中微子真的存在,超新星会沿着磁场线以密集的束流喷射出它们,而这种爆炸的反冲力会将脉冲星踢出宇宙。事实证明,天文学家观察到的正是这种情况:脉冲星以每秒数千公里的速度在宇宙中呼啸而过。
天文学家不必依赖天空来寻找惰性中微子的证据。费米国家加速器实验室的科学家最近验证了一项 16 年前的实验,该实验旨在寻找这些粒子的首个证据。费米实验室的科学家们将普通中微子发射穿过地球,到达半公里外的探测器。他们发现,在飞行过程中,许多中微子改变了它们的身份,正如如果惰性中微子确实存在时应该发生的那样。
下一步是确认结果。洛温斯坦和库森科最近在另一台空间 X 射线望远镜 XMM-牛顿上重复了他们的实验,费米实验室的科学家们也在设置另一次运行。最 “害羞” 的基本粒子可能无法长期逃脱寻找者。