高能反中微子探测支持了60年前的理论

在2016年12月6日,一个高能粒子,称为电子Antineutrino的高能量粒子从外层空间接近携带6.3的光速度的速度。在南极的冰盖内部,它被砸成了电子并产生了一个名为W的粒子-玻色子快速腐烂到高能量颗粒(粒子淋浴)的级联中。互动被抓获iceCube Neutrino天文台这是一种立方公里大小的望远镜,它利用嵌入在南极冰层中的数千个传感器探测中微子。这是首次观测到“Glashow共振事件”现象首次提出1960年诺贝尔奖得主物理学家谢尔顿·格拉肖提出,在天体物理通量中存在电子反中微子,同时也为粒子物理的标准模型提供了进一步的验证。

冰立方探测到的Glashow共振事件的可视化。图片来源:IceCube合作公司。

冰立方探测到的Glashow共振事件的可视化。图片来源:IceCube合作公司。

当时在今天的尼尔斯玻尔研究所(Niels Bohr Institute)担任博士后研究员的谢尔登·格拉肖(Sheldon Glashow)预测,反中微子可以与电子相互作用,通过一种被称为共振产生的过程,产生一种当时还未被发现的粒子。

当提出的粒子W- - - - - -玻色子,终于发现于1983年,结果比Glashow和他的同事预计在1960年的重新获得了重大比较重。

生产W- - - - - -因此,玻色子通过Glashow共振将需要一个带有6.3 PetaElectronvolts(PEV)的中微子,比Cern的大型强子撞机能够生产的近1000倍。

这种现象可能是导致2016年6.3 PeV的反中微子到达冰立方的原因,其能量足够大,可以通过预测的Glashow共振相互作用。

“当Glashow是尼尔斯Bohr的博士后,他永远无法想象他的非传统提案制作W.- - - - - -玻色子将由一名近距离银河崩溃进入南极冰的南南罗基,“威斯康星大学 - 麦迪逊大学的研究员弗朗西斯·哈尔茨教授

但是Glashow共鸣事件尤其值得注意,因为它的能量非常高;它只是ICecube检测到的第三个事件,能量大于5 PEV。

“这个事件的观察表明,粒子物理的标准模型,它描述了宇宙中基本力,认为即使在极高的能量,同时也展示了冰立方的独特功能探索基本粒子物理学,”道格·考恩教授说,宾夕法尼亚州立大学的研究员和冰立方的成员协作。

“发现它并不一定令人惊讶,但这并不意味着我们不太高兴看到它,”密歇根州立大学(Michigan State University)研究员、IceCube合作组织成员克劳迪奥·科珀(Claudio Kopper)博士说。

“我们现在可以探测到明显来自地外的单个中微子事件。”

在到达ICecube之前,创建了Glashow共振事件的电子Antineutino在达到冰箱之前行进了一段距离。图片来源:IceCube合作公司。

在到达ICecube之前,创建了Glashow共振事件的电子Antineutino在达到冰箱之前行进了一段距离。图片来源:IceCube合作公司。

这一结果也为中微子天文学开启了新的篇章,因为它开始解开中微子与反中微子之间的纠缠,而反中微子直到现在还无法区分。

这是Astrophysical Neutrino通量的抗内氨基组分的第一次直接测量。

“This result proves the feasibility of neutrino astronomy — and IceCube’s ability to do it — which will play an important role in future multimessenger astroparticle physics,” said Dr. Christian Haack, a researcher at the Physikalisches Institut at RWTH Aachen University and a member of the IceCube Collaboration.

千叶大学(Chiba University)研究员、冰立方合作项目(IceCube Collaboration)成员陆璐(Lu Lu)博士说:“以前的测量对中微子和反中微子之间的差异并不敏感,所以这是第一次直接测量天体物理中微子流中的反中微子成分。”

然而,关于2016年探测到的反中微子的天文来源,仍然存在几个问题。

“There are a number of properties of an astrophysical neutrino’s sources that we cannot measure, like the physical size of the accelerator and the magnetic field strength in the acceleration region,” said Dr. Tianlu Yuan, a researcher at the University of Wisconsin-Madison and a member of the IceCube Collaboration.

“如果我们能够确定中性到抗替替亚替核率,我们可以直接调查这些属性。”

结果发表于2021年3月11日的《华尔街日报自然

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M.G. Aartsen等等。(ICecube合作)。2021.用iceCube检测Glashow共振的粒子淋浴。自然591,220-224;DOI:10.1038 / S41586-021-03256-1

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