一个深埋在南极冰层下的天文台报告了其对一种假设粒子的搜寻结果，该粒子被称为“惰性中微子”：结果完全为空白。
这份于8月8日发表在《物理评论快报》上的无效结果，并没有宣告为期数十年的寻找这种亚原子粒子的努力的终结。如果找到这种粒子，它将颠覆粒子物理学的标准图景。但这是迄今为止最强有力的证据，表明惰性中微子在物理学家们基于过去三十年几次实验的异常现象而期望的质量范围内并不存在。
中微子无处不在：每秒钟，数万亿个亚原子粒子穿过我们的身体。但它们与物质的相互作用非常罕见，以至于探测它们需要配备用于探测中微子-物质碰撞的大型地下实验。这些实验已经发现了三种类型：电子中微子、μ子中微子和τ子中微子；这三种类型在传播过程中可以改变类型。
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在20世纪90年代中期，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的一个探测器发现了一个异常现象，暗示可能存在第四种中微子，它与物质的相互作用甚至比普通中微子更罕见。它被称为“惰性”中微子，洛斯阿拉莫斯实验表明它的重量约为氢原子质量的十亿分之一——约为1电子伏特（1 eV）。其他实验也发现了类似的异常现象。最近对来自核反应堆的中微子流的研究所做的研究，包括今年二月份在中国大亚湾进行的研究，在其数据中发现了奇怪的特征，理论上，这些特征可能指向惰性中微子。
冰中的答案
惰性中微子无法直接探测。“看到它的唯一方法是因为它扰乱了对其他三种中微子的观测，”威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家弗朗西斯·哈尔岑说。哈尔岑是冰立方的主要研究员，冰立方是由5000多个篮球大小的传感器组成的阵列，嵌入冰中超过两公里深。该望远镜通过探测当中微子粒子撞击冰中的原子核时产生的微弱闪光来搜寻中微子。
为了搜寻惰性中微子，哈尔岑的团队寻找了来自地球另一侧的μ子中微子（参见“中微子天文台”）。这些中微子最初是由宇宙射线与大气中的空气分子碰撞产生的，并穿过地球到达探测器。冰立方团队希望在特定能量下发现μ子中微子数量的减少。这将表明，一些μ子中微子在旅程中暂时变异成了惰性中微子。
但是，在分析了一年的数据结果后，研究人员没有发现任何表明在1 eV左右存在惰性中微子的特征。这与欧洲航天局普朗克天文台的结果一致，后者从宇宙学证据中得出结论，在该质量范围内应该只有三类中微子。“我希望通过我们的结果和普朗克的结果，我们正在慢慢地从这个故事中走出来，”哈尔岑说。冰立方团队仍在继续收集惰性中微子搜寻的数据，但他补充说，不期望他们的结果会改变。
西班牙瓦伦西亚大学的理论粒子物理学家奥尔加·梅纳·雷克霍同意，这些发现排除了惰性中微子对洛斯阿拉莫斯实验异常现象的解释——至少在最简单的理论模型中是这样。但她和其他物理学家表示，一些模型仍然可能为粒子的存在敞开大门。
特别是，大亚湾实验计数的是电子中微子，而不是μ子中微子：原则上，惰性中微子变异成μ子中微子的可能性可能比变异成其他类型的可能性要小得多，广州中山大学的物理学家凌嘉杰指出，他协调了大亚湾的惰性中微子分析。
搜寻仍在继续
另外，X射线天文学家在某些星系中看到了无法解释的光芒，根据一种理论，如果存在质量约为7000 eV的更重惰性中微子，也可以解释这种光芒。今年早些时候，寿命短暂的瞳空间天文台没有发现7 KeV惰性中微子的证据，但加州大学欧文分校的理论天体物理学家凯沃克·阿巴扎吉安表示，该结果尚无定论。因此，对更重质量的搜寻仍在继续：冰立方结果对这些更大质量的惰性中微子的存在没有任何说明。
费米实验室目前正在建造的三组探测器应该能够最终排除洛斯阿拉莫斯异常现象，或者找到对其的解释——这可能涉及也可能不涉及惰性中微子。
“搜寻惰性中微子就像在黑暗的房间里打蝙蝠，”大亚湾实验的主要研究员之一陆锦标说。“我们不知道它们藏在哪里。”
本文经许可转载，并于2016年8月8日首次发表。