南極中微子天文臺探測到不明高能粒子

冰立方探測器的初步分析顯示,探測到二十多個來源不明的中微子

繼探測到有史以來能量最高的兩個中微子之後,在南極附近冰層深處工作的科學家們公佈了初步資料,顯示他們還記錄了另外 26 個高能中微子的訊號。新發現的中微子能量略低於此前創紀錄的兩個,但儘管如此,它們似乎攜帶的能量仍然高於宇宙射線撞擊大氣層所產生的能量——宇宙射線是地球上中微子的巨大來源。因此,這些粒子可能指向宇宙深處未知的、高能量的天體物理過程。deeper in the cosmos

威斯康星大學麥迪遜分校的 Nathan Whitehorn 警告說:“目前的結果非常初步。”他於 5 月 15 日在麥迪遜舉行的粒子天體物理學研討會上描述了新資料。“我們現在還不能完全確定它來自天體物理源。” 但是,很難透過呼叫太陽系內已知的過程來解釋探測到的粒子的數量和能量。“如果這確實能經受住更多資料的考驗,並且最終證明這是一個天體物理源,那麼我們將能夠以前所未有的方式解決一些問題,”Whitehorn 補充道。

冰立方物理學家正在努力瞭解高能宇宙射線(來自太空並撞擊地球的帶電粒子)的起源,這可能也與中微子的起源有關。“基本上,你能想到的任何產生宇宙射線的東西都會同時產生中微子,”Whitehorn 說。與宇宙射線撞擊大氣層在本地產生的中微子相比,天體物理中微子將起源於與宇宙射線本身相同的源頭。


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冰立方中微子天文臺透過撒下大網,彌補了中微子(一種輕量級的基本粒子,很少與物質原子相互作用)眾所周知的“滑溜”。冰立方由 5000 多個光感測器組成,埋在深達兩公里的地下,嵌入在足以填滿數十萬個奧運會游泳池的南極冰層中。在如此大的體積中,來自不斷穿過太空、我們的身體甚至堅硬岩石的大量中微子中的一個,偶爾會撞擊冰中的一個原子,從而產生微小的閃光。

冰立方探測器中微子撞擊發出的光的特性,例如感測器陣列記錄的光模式(是斑點狀還是條紋狀?)以及粒子的傳播方向(是來自天空的向下方向,還是穿過地球的向上方向?),可以揭示所涉及的是三種已知的中微子型別中的哪一種,以及它來自哪裡。這就是中微子天文學的一個關鍵優勢——與帶電宇宙射線不同,帶電宇宙射線的軌跡會在磁場的影響下在宇宙中彎曲和扭曲,而中性粒子(如中微子)則可以直線追蹤回其源頭。

根據大氣層中已知的過程,研究人員預計在兩年內註冊到大約 10.6 個能量以數十或數百太電子伏特(萬億電子伏特)為單位測量的粒子。因此,探測到的 28 個粒子(包括 4 月份宣佈的兩個極高能量粒子)表明存在一個尚未被考慮在內的額外中微子源。

因此,同樣來自威斯康星大學麥迪遜分校的冰立方物理學家 Naoko Kurahashi Neilson 追蹤了新發現的高能粒子的到達方向,以尋找有關其起源的線索。“我試圖做的是弄清楚它們是否指向任何可能與宇宙射線產生相對應的東西,”她說。但也許是因為可供研究的粒子相對較少,所以沒有出現明顯的模式。“因為與以前相比,我們有很多事件,但仍然不多,所以很難說,”她補充道。“我的結論是,目前沒有可識別的來源。”

研究人員使用了篩選技術來找出冒充粒子並限制來自大氣中微子的背景噪聲,例如將探測器的邊緣視為紅色警戒區域。來自大氣層的帶電粒子(如μ子)在進入時會點亮冰立方探測器外圍的感測器,而中微子會乾淨地穿透並觸發冰層深處的感測器。“你不想要進入探測器的東西,你想要在探測器內部開始的東西,”來自威斯康星大學麥迪遜分校的冰立方物理學家 Claudio Kopper 說。儘管如此,證明中微子確實起源於高能宇宙過程還需要時間。“搜尋始終是為了尋找來源,而我們尚未找到來源,”Kopper 說。“那將是確鑿的證據。”

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