英国《自然》杂志新闻：惰性中微子研究升温
2010年3月17日 艾瑞克·韩德 文
这{dywe}的粒子如果存在，将能解决天体物理学一些最棘手的问题。

中微子善于保存自身。这些神出鬼没的粒子十分不喜欢和其它数十亿每天在人体上循环的普通物质发生反应，且具有庞大、专门的侦测器以侦查最少量的普通物质。现在天文学家找到了更加隐蔽的中微子线索，其中一类可说相当害羞，它无法被直接侦测：惰性中微子。
这种亚原子精灵在近十年内迷惑了许多理论家和实验家，但是发现惰性中微子的实验努力却屡遭失败。目前，太空中的2个观测站——一个使用微波，另一个使用X射线——使希望重燃。
如果惰性中微子能被确认存在，他们就可提供物理实践检验标准模式之外全新领域的样貌。他们同样可以帮助解释不少天文之谜，甚至可能了解占宇宙质量85%的无形暗物质。
“惰性中微子问题是核子物理与天体学的关键”，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的威廉·路易斯说，他在1990年代致力于首次提供惰性中微子信息的地面实验。
三种普通中微子十分难以侦测。它们通过弱核子力与物质发生反应，说明它们能够穿过大体积物质，但自身的原子核冲击则相当稀少。为了捕获它，物理学家利用矿物油容器或说重水建造了侦测器，他们然后通过集中来自核反应堆、粒子加速器和太阳的中微子激流提升捕获几率。

惰性粒子
1998年，来自瑞士日内瓦的粒子物理设备欧洲核子研究委员会加速器的结果指出，只有3种已知中微子家族，或“调料”可被弱核子力影响。其它家族则“平静如水”——就是这样，它们对弱核子力有免疫。这意味着它们可以直接穿过现有中微子侦测器。
为何理论家以如此惰性粒子作为研究的起点？因为另一项1998年的惊人发现：这3类普通中微子拥有小但实在的质量。
结果震惊了所有人，原因不仅是先前标准模型假定中微子无质量。3种中微子的质量通过自身的震动或进行种类转换而被确定，终于缩小到出人意料的程度：最重普通中微子比电子轻上7个数量级。理论家推断其它一些粒子——可能是惰性中微子——可能在普通中微子和电子之间。
这种消失的联系的迹象在威尔金森微波各项异性探测器中出现，该探测器从2001年起绘制大爆炸以来辐射的微小波动。波动模式包含了大爆炸之后短暂存在的热粒子线索。
过去7年的研究结论在1月发布，显示早期宇宙中微子家族最可能是数量是4——这暗示仍有1类中微子等待发现。“说明还有其它东西存在是重点”，马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学主要研究者查尔斯·贝内特说。但他同时表示误差线仍很宽泛，也许至多会有3类粒子还未被发觉。“我把这称作阴谋，但目前为止我并未受到什么太大影响。”
更进一步的线索来自轨道望远镜钱德拉X光观测台。如果惰性中微子存在并有足够质量，它在衰弱成轻中微子时就能发出模糊X光微脉。加州大学洛杉矶分校的亚历山大·库森克把焦点对准了被认为是包含了巨量暗物质的天空区域，这些区域鲜有恒星或光源。没错，他声称从威尔曼1号——环绕银河系旋转的暗矮星系——找到了先前预测的X射线信号。不过，与贝内特相似，库森克说现在宣布这是个新发现还为时尚早。“各事物似乎都已就定位”，他说，“并不断吸引人们的注意力。”
库森克中微子质量较大且饱满并能成为暗物质粒子。但威尔金森微波各向异性探测器数据却指往另一方向，在可能存在质量的光谱轻尾部的惰性中微子处。圣迭戈加州大学拉荷亚分校太空科学和天体物理学中心主任乔治·福勒将适时发现轻物质，因为这可以帮助他解决困扰已久的超新星问题。这些大质量恒星爆炸引发中微子熔合，产生比铁更重的元素，铁是在其它恒星和行星死亡时出现的。不过它们同时制造出无数中微子，此过程理论上应该抑制熔合，因为它把中微子分解为质子和电子，使中微子消失。
惰性中微子提供了一个方案。如果超新星产生的中微子演变为惰性中微子，就能避免和中微子发生反应，从而避开爆炸的下场。“我们对此很感兴趣，因为赌注很诱人”，福勒说。

杂乱无章的资讯
来自惰性中微子搜寻仪，中微子震荡搜索主进样器（MINOS）的准确消息于本月传来。中微子震荡搜索主进样器负责对来自伊利诺伊州巴达维亚费尔米国家加速器实验室的加速中微子发出的电波进行实验，该加速器位于明尼苏达州，距离一台侦测器735公里远，用以观测中微子震荡。MINOS的数据显示其中一种中微子不具有转变为惰性中微子的高度倾向，尽管发言人罗伯特·普朗科特说该类中微子仍为转换留下了空间。“我们正在限制它们的参数空间。”
另一项费米实验室旨在追踪最早惰性中微子线索的实验可能带给研究者更多希望。原始证据来自路易斯参与的位在洛斯阿拉莫斯的实验。从1993年到1998年，他和他的同事使用液态闪烁体中微子侦测器实验将反中微子——中微子相对物——击入167吨矿物油中。他们的数据说明反中微子类型转换的方式，暗示可能有第四种独特的“调料”。10年后，费米实验室的追踪实验——迷你升能器中微子实验，或说MinibooNE——却没有发现第四种调料的线索。但MinibooNE使用了中微子电波，使其难以与洛斯阿拉莫斯实验进行对比。如今，进过1年的数据收集和更多的反中微子，MinibooNE实验发现了不同的模式。路易斯说，当与世界其它中微子实验对比时，数据“xx地”契合3+1模式：三种普通中微子外加惰性中微子。
和MinibooNE合作的路易斯说，下一批数据将在今年夏天公布，有利于了解我们能否捕获这一转瞬即逝的闯入者。

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