IceCube 實驗埋藏在南極冰層下，主要旨在捕捉被稱為中微子的粒子，這些粒子是由強大的宇宙事件產生的，但它也在幫助科學家瞭解這些幽靈粒子的基本性質。
在本週於華盛頓特區舉行的美國物理學會 (APS) 會議上，IceCube 合作組織的科學家們展示了新的結果，這些結果有助於揭示關於中微子本質的持續謎團。這些粒子從太陽傾瀉到地球上，但它們大多像幽靈一樣不受阻礙地穿過普通物質。
新的結果支援了對一種中微子質量的測量中存在奇異對稱性的證據。在粒子物理學中，對稱性通常表明科學家尚未發掘的潛在物理學。[發現來自太陽系外的中微子（影像）]
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中微子質量之謎
中微子是自然界的基本粒子。它們不是構成原子的粒子之一。（那些是電子、質子和中子。）中微子極少與普通物質相互作用，因此它們實際上根本不影響人類（除非您恰好是研究它們的粒子物理學家）。太陽產生大量的中微子，但在大多數情況下，這些粒子像幻影一樣穿過地球。
IceCube 中微子觀測站是一箇中微子探測器，埋在南極洲 0.9 英里（1.45 公里）的冰層下。冰層提供了對其他型別輻射和粒子的遮蔽，否則這些輻射和粒子會淹沒中微子與探測器相互作用併為科學家研究創造訊號的罕見情況。
中微子有三種“味”：τ 中微子、μ 子中微子和電子中微子。長期以來，科學家們一直在爭論中微子是否具有質量，或者它們是否類似於光子（光粒子），光子被認為是無質量的。最終，科學家們證明中微子確實具有質量，並且2015 年諾貝爾物理學獎因中微子相關工作而頒發，包括對中微子質量的研究。
但是，說中微子具有質量與說石頭或蘋果具有質量不同。中微子是存在於量子世界中的粒子，而量子世界是奇異的——光可以是波和粒子；貓可以是既活著又死去。因此，並非每種中微子味都有其自身的質量，而是中微子味結合成所謂的“質量本徵態”，而這些才是科學家測量的。（為了簡單起見，密歇根州立大學的一份宣告將質量本徵態稱為“中微子種類”。）
“一個突出的問題是，進入每種中微子種類的比例是否存在模式，”密歇根州立大學物理學和天文學副教授、參與新發現的 IceCube 合作者之一泰斯·德揚告訴 Space.com。
一種中微子種類似乎主要由電子中微子組成，其中包含一些 μ 子和 τ 中微子；第二種中微子種類似乎是所有三種的幾乎均等的混合物；第三種仍然有點神秘，但之前的一項研究表明，它可能是 μ 子和 τ 子的平均分配，只加入了一些電子中微子。
在 APS 會議上，密歇根州立大學與德揚合作的博士後研究員約書亞·海格尼特展示了來自 IceCube 的初步結果，這些結果支援了第三種質量種類中 μ 子和 τ 中微子的均等分配。
“第三種類型是否完全均等地由 μ 子和 τ 子組成的問題被稱為最大混合問題，”他說。“由於我們不知道任何理由表明這種中微子種類應該是完全對半分的，這要麼是一個非常驚人的巧合，要麼可能告訴我們一些我們尚未發現的物理原理。”
一般來說，宇宙的任何給定特徵都可以透過隨機過程或透過支配事物行為的某些規則來解釋。如果第三種中微子種類中 μ 子和 τ 中微子的數量是隨機確定的，那麼這些數量不相等的可能性會高得多。
“對我來說，這非常有趣，因為它暗示了一種基本對稱性，”德揚說。
為了更好地理解為什麼質量種類中 μ 子和 τ 中微子的數量相等意味著非隨機性，德揚給出了科學家發現質子和中子（構成原子核的兩種粒子）具有非常相似的質量的例子。首先發現這些質量的科學家可能想知道，這種相似性是純粹的巧合，還是某種潛在相似性的產物。
事實證明，事實是後者：中子和質子都由三種稱為夸克的基本粒子組成（儘管是兩種夸克變體的不同組合）。科學家們說，在這種情況下，表面上的相似性表明了隱藏在下面的東西。
來自 IceCube 的新結果與日本 T2K 中微子實驗的最新結果“大致一致”，該實驗致力於回答有關中微子基本性質的問題。但根據德揚的說法，位於芝加哥郊外費米國家加速器實驗室的 Nova 實驗“不偏愛第三種質量種類中 μ 子和 τ 中微子之間的精確對稱性”。
“那是一種緊張關係；目前還不是直接矛盾，”他說。“這是一種不太一致的情況，我們將在未來幾年內進行研究。
IceCube 的設計目的是探測來自遙遠宇宙源的能量較高的一些中微子，但地球上大多數中微子實驗探測的是來自太陽或地球上核反應堆的能量較低的中微子。T2K 和 Nova 探測到的中微子能量都比 IceCube 低一個數量級左右。德揚說，IceCube 和 T2K 的測量結果之間的一致性是對“測量穩健性”和“我們中微子物理學標準理論的成功”的檢驗。
中微子不影響大多數人的日常生活，但物理學家希望透過研究這些粒子，他們可以找到關於宇宙中一些最大謎團的線索。其中一個宇宙謎團可能包括對暗物質的解釋，暗物質是一種神秘物質，它在宇宙中的含量是構成行星、恆星和宇宙中所有可見物體的“普通”物質的五倍。暗物質對普通物質具有引力，並且在整個宇宙歷史中塑造了宇宙景觀。一些理論家認為暗物質可能是一種新型中微子。
德揚表示，IceCube 的結果仍是初步的。科學家們計劃在完成對資料的完整統計分析後提交最終結果以供發表。
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