科学家首次发现宇宙中的反中微子

萧路

【正见新闻网2021年03月20日】

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图：冰立方中微子天文台。Credit: IceCube/National Science Foundation

最近，科学家首次发现了宇宙中的高能反中微子。

反中微子是中微子的反粒子。和中微子一样，它和其它物质几乎不产生除了引力以外的相互作用，因此可以自由的在宇宙中穿行。
不过反中微子是被称为“格拉肖共振现象”中的一个重要的粒子。这是诺贝尔奖获得者物理学家谢尔登·格拉肖(Sheldon Glashow)于1960年首次提出的。

当时还是博士后的谢尔登·格拉肖预测，反中微子可以与电子相互作用，通过一种称为共振产生的过程产生一个未被发现的粒子。

1983年，当最终发现这种未被发现的粒子是W玻色子时，它的重量比格拉肖和他的同事在1960年所预测的还要重得多。

因此，通过格拉肖共振产生W玻色子将需要一个能量为大概6.3皮电子伏特(PeV)的反中微子，其能量比欧洲核子研究中心的大型强子对撞机能产生的能量高出近1,000倍。因此没办法人工产生。

2016年12月6日，一个反中微子以接近6.3皮电子伏特的能量从外层空间撞击到地球。它在南极冰盖的内部深处，撞上了一个电子，产生了一个W玻色子。而该W玻色子迅速衰变成了一系列高能粒子。这个过程成功被冰立方中微子天文台捕获。

这是格拉肖共振现象的首个观测证据。它暗示了宇宙中存在反中微子，同时也进一步证实了粒子物理学的标准模型。

冰立方首席研究员弗朗西斯·哈尔森(Francis Halzen)教授说：“当格拉肖担任尼尔斯·玻尔的博士后时，他从未想过，他提出的奇特理论将由从遥远星系发出的坠入南极冰中的反中微子证实。“

宾夕法尼亚州立大学的道格·科文(Doug Cowen)教授说：“对这一事件的观察表明，描述宇宙中基本力的粒子物理学标准模型甚至在极高的能量下也能保持不变，并且还展示了冰立方在探索基本粒子物理学中的独特能力，”

密歇根州立大学研究员克劳迪奥·科博(Claudio Kopper)博士说：“发现它不一定令人惊讶，但这并不意味着我们并不高兴看到它。”

“我们现在可以检测出明显地来自外星的中微子事件。”

结果也开辟了中微子天文学的新篇章，因为它开始区分中微子和反中微子，而迄今为止，它们并没有区别。

这是关于宇宙中反中微子成分的首次直接测量。

“这一结果证明了中微子天文学的可行性以及冰立方的能力。这将在未来的多信使天体物理学中发挥重要作用，”亚琛工业大学物理学研究所的克里斯蒂安·哈克(Christian Haack)博士说。

研究结果发表在2021年3月11日的《自然》杂志上。