經過十年的收集和研究數據，包括羅格斯大學研究人員在內的一個國際物理學家團隊推翻了長期以來關於一種神秘粒子的想法。
結果發表於 自然 來自美國能源部費米國家加速器實驗室（Fermilab）的MicroBooNE實驗。伊利諾伊州巴達維亞（MicroBooNE 縮寫代表“微型助推器中微子實驗”）
費米實驗室十年的測試
MicroBooNE 依賴於大型液氬探測器和兩個獨立中微子束的觀測。通過仔細追踪中微子的行為，科學家們能夠以 95% 的把握排除單個惰性中微子的存在。
羅格斯大學藝術與科學學院物理與天文學系副教授、MicroBooNE 領導團隊成員安德魯·馬斯特鮑姆 (Andrew Mastbaum) 將這一發現描述為該領域的重大轉變。
“這一結果將激發中微子研究的創造力，以了解到底發生了什麼，”他說。 “我們可以排除重大嫌疑人。但這並不能完全解開謎團。”
為什麼中微子很重要？
中微子是非常小的粒子，很少與物質相互作用。他們可以直接穿越地球而不會減速。它基於粒子物理學的領先框架標準模型。已知中微子分為三種類型：電子、μ子和τ子。這些粒子可以通過一種稱為振蕩的現像從一種類型變為另一種類型。
然而，在之前的實驗中，科學家們觀察到的中微子行為與標準模型的預測並不完全相符。為了解釋這些結果，研究人員提出存在第四種類型的中微子，稱為惰性中微子。除了通過重力之外，惰性中微子不會與任何物質相互作用。這使得它們特別難以被發現。這與已知類型不同
取惰性中微子進行測試。
為了驗證這個想法，MicroBooNE 團隊測量了兩種不同光束產生的中微子。並分析他們在旅行時如何變化。經過十年的收集和解釋數據，研究人員沒有發現任何證據支持惰性中微子假說。這有效地否定了對中微子異常行為最廣泛討論的解釋之一。
Mastbum 作為分析工具和技術的協調者，在指導實驗的分析工作中發揮著關鍵作用。他的工作重點是如何將原始探測器信號轉換為有意義的科學結論。他之前還試圖理解團隊所說的系統不確定性。這是測量誤差的一個來源。
這些不確定性包括中微子如何與原子核相互作用。光束中中微子的確切數量以及探測器如何響應傳入的粒子。準確考慮這些因素對於從數據中得出可靠的結論至關重要。
正確處理這些不確定性非常重要。馬斯特鮑姆說，因為它使科學家能夠對數據的真實顯示內容做出清晰可靠的陳述。
研究生研究人員和數據的準確性
羅格斯大學的一名研究生也參與了該項目。 Panagiotis Englezos 是羅格斯大學藝術與科學學院物理與天文學系的博士生，在 MicroBooNE 數據管理團隊工作，幫助處理實驗數據並創建支持分析的模型。
Keng Lin，該系的另一位博士生重點是驗證來自費米實驗室 NuMI（來自主注入器的中微子）束的中微子通量，這是本研究中使用的兩個中微子源之一。這些努力共同有助於確保最終結果的準確性和可靠性。
這對物理學意味著什麼？
馬斯特鮑姆表示，這一發現很重要，因為它消除了標準模型之外的新物理學的一個關鍵選項。儘管標準模型已經非常成功，但它並不能解釋諸如暗物質、暗能量或引力等現象。研究人員仍在尋找模型之外的線索。消除一種可能性有助於縮小信息範圍。
羅格斯大學的科學家還幫助開發了一種測量中微子在液氬中如何相互作用的方法。這些改進的技術將使未來的項目受益。包括深層地下中微子實驗（DUNE）。
“通過仔細的建模和巧妙的分析方法，MicroBooNE 團隊已經從這個探測器中提取了大量的數據，”Mastbaum 說。 “通過像 DUNE 這樣的下一代實驗，我們可以利用這些技術來回答有關物質本質和宇宙存在的更基本問題。”
