中微子是出了名的“不合群”，几乎总是悄无声息地穿过物质原子，连“你好”都不打一声。但新的研究表明，在罕见的中微子与原子核接触的情况下，相互作用出人意料地复杂。
通过向塑料靶发射中微子束，费米国家加速器实验室MINERvA实验的研究人员发现，当中微子与原子碰撞时，通常会击出两个粒子，而不仅仅是一个质子或中子。原子核内的一些粒子似乎是成对运动，而不是独立运动，只有在中微子撞击时才会被成对释放出来。这些结果将对精确的中微子测量产生影响，这些测量通常依赖于仔细重建中微子与原子之间罕见碰撞的物理过程。
MINERvA是一个面包车大小的装置，停放在费米实验室中微子束的路径上，几乎所有的中微子束都干净地穿过探测器，进入另一个名为MINOS的中微子实验。MINERvA的探测器包含各种不同的材料，包括铅层和铁层，前面是内部探测器的碳氢塑料材料。“它的内部有嚼劲，外部酥脆，”费米实验室物理学家、MINERvA合作组织的共同发言人黛博拉·哈里斯说。“目标之一是测量中微子在几种不同原子核上的相互作用。”现在，该实验已经产生了首个物理学成果，即对中微子与探测器塑料部分的碳核相互作用的分析。
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在两篇将发表在《物理评论快报》杂志上的新研究中，MINERvA合作组织报告了2010年和2011年几个月的实验运行情况。分析的重点是所谓的准弹性散射，在最简单的情况下，准弹性散射涉及中微子与碳原子中的一个中子碰撞。这两个电中性粒子的相互作用产生两个带相反电荷的粒子，一个带正电的质子和一个带负电的μ子，它们像被母球击中的台球一样向外散射。“它吐出一个质子，并使原子核的其余部分基本上不受干扰，”哈里斯说。“在某些情况下，看起来不止一个质子出来了。”
除了中子变成质子之外，额外质子的出现表明中微子倾向于撞击粒子对。“在25%的情况下，在一定的不确定性范围内，质子与中子一起运动，”哈里斯说。物理学家在类似的涉及反中微子（粒子的反物质对应物）的反应中观察到了类似的趋势。“假设碳核实际上只是六对质子和中子”，而不是十二个独立的粒子，哈里斯解释说，“因此，每当您击中一个质子时，您也会击中一个中子。这有点像是对原子核内可能发生的情况的一种极端观点。”
中微子和反中微子有三种味——电子味、μ子味和τ子味——每种味都与同名的带电基本粒子相关联。但是，当中微子以接近光速的速度在太空中快速穿梭时，它会在三种可能的味之间振荡，世界各地的几个实验目前正在研究这种现象。MINERvA记录的核配对趋势可以为这些中微子振荡实验的分析提供信息。“在所有这些振荡实验中，中微子如何相互作用的标准模拟中都没有考虑到这一点，”哈里斯说。“为了预测入射的中微子能量是多少，您必须对原子核内发生的情况做出一些假设。”
阿贡国家实验室的物理学家约翰·阿灵顿补充说，他没有参与这项新研究：“您真的必须了解这些反应机制，才能知道中微子从原子核散射出来时发生了什么”。“这对于以前完成的中微子散射实验类型来说，确实是不可能的。”