中微子实验首次结果揭示物理学的新时代 一项重要的新物理实验利用四种互补方法表明没有观测到理论上被称为“无味中微子”的第四类中微子。其存在被认为可能是以前物理实验中出现异常的一个解释。美国能源部费米国家加速器实验室MicroBooNE实验的新结果打击了一个被称为无味中微子的理论粒子。两十多年来，这种被提出的第四种中微子一直是早期物理实验中出现异常的一个有前途的解释。发现一种新粒子将是一项重大发现，将极大地改变我们对宇宙的理解。然而，今天国际MicroBooNE合作发布的四种互补分析并在研讨会上展示的结果都表明同样的事实：没有发现无味中微子的迹象。相反，这些结果与粒子物理标准模型相符，这是科学家们对宇宙运行方式的最佳理论。这些数据与标准模型的预测一致：三种中微子，既不多也不少。耶鲁大学物理教授、MicroBooNE合作发言人Bonnie Fleming表示：“MicroBooNE通过多种交互方式和多种分析重建技术进行了非常全面的探索。它们都告诉我们同样的事实，这让我们对我们的结果非常有信心，我们看不到无味中微子的迹象。” MicroBooNE是一个大约有校车大小的170吨中微子探测器，自2015年以来一直在运行。这个国际实验拥有来自五个国家36个机构近200名合作者。他们使用最先进的技术记录宏大精确的三维中微子事件图像，并详细研究粒子相互作用 - 这是对亚原子世界的一次迫切的探索。曼彻斯特大学是MicroBooNE的主要研究机构之一。该实验的联合发言人Justin Evans教授已经领导这项分析超过了两年。曼彻斯特团队还包括斯特芬·索德纳-莱姆博尔德教授，在MicroBooNE探测器的运行和数据分析中发挥了重要作用。值得注意的是，曼彻斯特团队正率领一个广泛的项目，与MicroBooNE一起搜索超出标准模型的物理，包括搜索新的重型中性轻子和通过希格斯玻色子与标准模型粒子耦合的新的粒子区段。 MicroBooNE是曼彻斯特团队世界领先的液氩中微子物理项目的一部分，该团队还在领导着新的短基线近探测器(SBND)的建设，它将与MicroBooNE和一个名为ICARUS的第三个探测器一起在相同的中微子束中，形成一个名为费米实验室的短基线中微子计划的令人兴奋的新设施。此外，曼彻斯特团队还在DUNE的建设中发挥了重要作用，这是即将推出的国际旗舰实验，将使我们能深入理解中微子及其在宇宙演化中的作用。Justin Evans教授表示：“我们在MicroBooNE中取得的成就是中微子物理领域的一次革新性进步。短基线异常-与电子中微子一致或不一致的预期活动出现或消失的问题现已困扰我们已经有二十年了，这些异常可以被解释为存在新类型的中微子。”“今天，通过三种独立分析，MicroBooNE发布了结果，我们已经精确研究了中微子在短基线上行进时的相互作用;我们揭示了一个清晰的画面，我们在其中看到没有过量的类似电子中微子的相互作用。这展示了液氩技术的强大，标志着中微子物理的精准新时代的开始，在这一时代中我们将加深对中微子如何相互作用，它如何影响宇宙演化以及它如何向我们透露当前标准模型之外的物理行为最根本层面的理解。”中微子是自然界中的基本粒子之一。它们是中性的、极微小的，而且是在我们宇宙中具有质量最丰富的粒子 - 尽管它们很少与其他物质发生相互作用。对物理学家们来说，它们尤其令人着迷，围绕它们还有许多未解之谜。这些谜围绕着它们的质量为何如此微小，以及它们是否负责在我们的宇宙中物质对反物质的支配。因此，中微子成为了探究宇宙在最小尺度运作方式的一扇独特之窗。MicroBooNE的新结果是中微子研究的一次令人激动的转折点。通过将无味中微子进一步排除为观察到的中微子数据异常的解释，科学家们正在调查其他可能性。这些可能性包括一些有趣的光由其他中微子碰撞过程产生，或者像暗物质一样奇特，无法解释的与希格斯玻色子有关的物理，或者超出标准模型的其他物理。已知的中微子有三种类型—电子、缪子和胶子中微子—在它们行进时可以在一定方式间相互转换。这种现象被称为“中微子振荡”。科学家利用他们对振荡的了解，可以预测在不同距离源地时，他们期望看到多少中微子。中微子由许多来源产生，包括太阳、大气、核反应堆和粒子加速器。大约两十年前，来自两个粒子束实验的数据让研究人员陷入困惑。MiniBooNE的科学家也看到了比计算预测更多的粒子事件。这些奇怪的中微子束结果之后，又有关于放射源和反应堆中微子实验中缺失的电子中微子的报告。无味中微子成为解释这些奇怪结果的一个受欢迎的候选者。虽然中微子已经很难被探测到，但是被提出的无味中微子将会更加难以捕捉，它只会响应引力力。但是因为中微子在不同类型之间变换，一个无味中微子可能会影响中微子振荡的方式，从而在数据中留下其痕迹。"研究自然界中最微小的事物并不是一件简单的事情。科学家们从未直接观察到中微子；相反，他们看到的是中微子撞击探测器内一个原子时释放出的粒子。MicroBooNE探测器采用了最先进的技术和技术。它使用特殊的光传感器和超过8000根费力的连线来捕捉粒子轨迹。它被放置在一个40英尺长的圆柱形容器内，装满了170吨纯净的液态氩。中微子撞击这种密集、透明的液体，释放出额外的粒子，电子学技术可以记录下来。最终的图像显示了详细的粒子路径，至关重要的是，能区分出电子和光子。MicroBooNE头三年的数据显示，没有多余的电子事件，但也没有过多的光子，这可能会表明MiniBooNE的数据出现错误。MicroBooNE以95%的置信度排除了光子作为MiniBooNE过量事件的最可能来源，并以超过99%的置信度排除了电子作为唯一来源，还有更多的内容。MicroBooNE还有一半的数据需要分析，并且还有更多的分析方式。探测器的粒度使研究人员能够观察特定种类的粒子相互作用。尽管团队最初着手研究MiniBooNE过量事件的最可能原因，但还有其他渠道需要调查，比如电子和正电子的出现，或包括光子在内的不同结果。中微子周围充满了神秘。早期MiniBooNE和LSND实验看到的异常数据仍需要解释。中微子振荡的现象以及中微子具有质量的事实都需要解释，这两点都不是标准模型所预测的。还有令人心动的暗示，中微子可能有助于解释为什么宇宙中有这么多物质，而不是一个充满反物质或什么都没有的宇宙。液态氩还将用于深地下中微子实验，这是一个由Fermilab主办的旗舰国际实验，已经有来自30多个国家的1000多名研究人员参与。DUNE将通过将中微子发送800英里（1300公里）穿过地球到达位于深达一英里的桑福德地下研究设施的探测器来研究振荡。短程和长程中微子实验的结合将使研究人员了解这些基本粒子的运作方式。
