IceCube 实验埋藏在南极冰层下，主要旨在捕捉被称为中微子的粒子，这些粒子是由强大的宇宙事件产生的，但它也在帮助科学家了解这些幽灵粒子的基本性质。
在本周于华盛顿特区举行的美国物理学会 (APS) 会议上，IceCube 合作组织的科学家们展示了新的结果，这些结果有助于揭示关于中微子本质的持续谜团。这些粒子从太阳倾泻到地球上，但它们大多像幽灵一样不受阻碍地穿过普通物质。
新的结果支持了对一种中微子质量的测量中存在奇异对称性的证据。在粒子物理学中，对称性通常表明科学家尚未发掘的潜在物理学。[发现来自太阳系外的中微子（图像）]
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中微子质量之谜
中微子是自然界的基本粒子。它们不是构成原子的粒子之一。（那些是电子、质子和中子。）中微子极少与普通物质相互作用，因此它们实际上根本不影响人类（除非您恰好是研究它们的粒子物理学家）。太阳产生大量的中微子，但在大多数情况下，这些粒子像幻影一样穿过地球。
IceCube 中微子观测站是一个中微子探测器，埋在南极洲 0.9 英里（1.45 公里）的冰层下。冰层提供了对其他类型辐射和粒子的屏蔽，否则这些辐射和粒子会淹没中微子与探测器相互作用并为科学家研究创造信号的罕见情况。
中微子有三种“味”：τ 中微子、μ 子中微子和电子中微子。长期以来，科学家们一直在争论中微子是否具有质量，或者它们是否类似于光子（光粒子），光子被认为是无质量的。最终，科学家们证明中微子确实具有质量，并且2015 年诺贝尔物理学奖因中微子相关工作而颁发，包括对中微子质量的研究。
但是，说中微子具有质量与说石头或苹果具有质量不同。中微子是存在于量子世界中的粒子，而量子世界是奇异的——光可以是波和粒子；猫可以是既活着又死去。因此，并非每种中微子味都有其自身的质量，而是中微子味结合成所谓的“质量本征态”，而这些才是科学家测量的。（为了简单起见，密歇根州立大学的一份声明将质量本征态称为“中微子种类”。）
“一个突出的问题是，进入每种中微子种类的比例是否存在模式，”密歇根州立大学物理学和天文学副教授、参与新发现的 IceCube 合作者之一泰斯·德扬告诉 Space.com。
一种中微子种类似乎主要由电子中微子组成，其中包含一些 μ 子和 τ 中微子；第二种中微子种类似乎是所有三种的几乎均等的混合物；第三种仍然有点神秘，但之前的一项研究表明，它可能是 μ 子和 τ 子的平均分配，只加入了一些电子中微子。
在 APS 会议上，密歇根州立大学与德扬合作的博士后研究员约书亚·海格尼特展示了来自 IceCube 的初步结果，这些结果支持了第三种质量种类中 μ 子和 τ 中微子的均等分配。
“第三种类型是否完全均等地由 μ 子和 τ 子组成的问题被称为最大混合问题，”他说。“由于我们不知道任何理由表明这种中微子种类应该是完全对半分的，这要么是一个非常惊人的巧合，要么可能告诉我们一些我们尚未发现的物理原理。”
一般来说，宇宙的任何给定特征都可以通过随机过程或通过支配事物行为的某些规则来解释。如果第三种中微子种类中 μ 子和 τ 中微子的数量是随机确定的，那么这些数量不相等的可能性会高得多。
“对我来说，这非常有趣，因为它暗示了一种基本对称性，”德扬说。
为了更好地理解为什么质量种类中 μ 子和 τ 中微子的数量相等意味着非随机性，德扬给出了科学家发现质子和中子（构成原子核的两种粒子）具有非常相似的质量的例子。首先发现这些质量的科学家可能想知道，这种相似性是纯粹的巧合，还是某种潜在相似性的产物。
事实证明，事实是后者：中子和质子都由三种称为夸克的基本粒子组成（尽管是两种夸克变体的不同组合）。科学家们说，在这种情况下，表面上的相似性表明了隐藏在下面的东西。
来自 IceCube 的新结果与日本 T2K 中微子实验的最新结果“大致一致”，该实验致力于回答有关中微子基本性质的问题。但根据德扬的说法，位于芝加哥郊外费米国家加速器实验室的 Nova 实验“不偏爱第三种质量种类中 μ 子和 τ 中微子之间的精确对称性”。
“那是一种紧张关系；目前还不是直接矛盾，”他说。“这是一种不太一致的情况，我们将在未来几年内进行研究。
IceCube 的设计目的是探测来自遥远宇宙源的能量较高的一些中微子，但地球上大多数中微子实验探测的是来自太阳或地球上核反应堆的能量较低的中微子。T2K 和 Nova 探测到的中微子能量都比 IceCube 低一个数量级左右。德扬说，IceCube 和 T2K 的测量结果之间的一致性是对“测量稳健性”和“我们中微子物理学标准理论的成功”的检验。
中微子不影响大多数人的日常生活，但物理学家希望通过研究这些粒子，他们可以找到关于宇宙中一些最大谜团的线索。其中一个宇宙谜团可能包括对暗物质的解释，暗物质是一种神秘物质，它在宇宙中的含量是构成行星、恒星和宇宙中所有可见物体的“普通”物质的五倍。暗物质对普通物质具有引力，并且在整个宇宙历史中塑造了宇宙景观。一些理论家认为暗物质可能是一种新型中微子。
德扬表示，IceCube 的结果仍是初步的。科学家们计划在完成对数据的完整统计分析后提交最终结果以供发表。
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