科學(xué)家們此前猜測(cè)存在的一種只會(huì)與物質(zhì)粒子發(fā)生短暫引力反應(yīng)的神秘亞原子粒子可能并不存在——至少最新的反應(yīng)堆數(shù)據(jù)解讀正確的話，情況應(yīng)該是如此。
鈾235產(chǎn)生的中微子數(shù)目與模型預(yù)期不一致，钚239則與模型預(yù)期一致

新浪科技訊 北京時(shí)間4月19日消息，科學(xué)家們此前猜測(cè)存在的一種只會(huì)與物質(zhì)粒子發(fā)生短暫引力反應(yīng)的神秘亞原子粒子可能并不存在——至少最新的反應(yīng)堆數(shù)據(jù)解讀正確的話，情況應(yīng)該是如此。

科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)就注意到在核反應(yīng)堆中產(chǎn)生的反中微子數(shù)量，理論與實(shí)際觀測(cè)之間存在偏差，反中微子就是中微子的反粒子。于是就有人提出這種差異是否有可能是存在一種所謂“惰性中微子”所導(dǎo)致的。但是現(xiàn)在，一項(xiàng)新的分析認(rèn)為，這種在理論上被假設(shè)出來(lái)的粒子可能實(shí)際上并不存在。相反，來(lái)自中國(guó)大亞灣核反應(yīng)堆的數(shù)據(jù)表明，我們一直以來(lái)所依賴的理論模型很有可能都是錯(cuò)誤的。

神秘粒子

中微子是一種幾乎沒(méi)有質(zhì)量，也沒(méi)有電荷，極為神秘而難以捉摸的粒子。這種粒子產(chǎn)生于太陽(yáng)的核心反應(yīng)區(qū)，每時(shí)每刻都有超過(guò)1000億個(gè)中微子穿過(guò)地球上的每一個(gè)平方厘米的面積，包括此刻你的身體，但你毫無(wú)知覺(jué)。這種粒子的反粒子，也就是所謂的“反中微子”可以在核反應(yīng)堆產(chǎn)物的β衰變過(guò)程中產(chǎn)生，這一機(jī)制簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一種質(zhì)量數(shù)較大的同位素?fù)p失其部分原子核內(nèi)中子并以電子和反中微子的形式釋放能量的過(guò)程。

正是這種β衰變過(guò)程居于所謂“核反應(yīng)堆反中微子數(shù)量異常”之謎的中心。在2011年，科學(xué)家們對(duì)一項(xiàng)理論粒子物理學(xué)模型進(jìn)行了升級(jí)，該模型能夠預(yù)測(cè)在核反應(yīng)堆內(nèi)可以檢測(cè)到的反中微子數(shù)量。根據(jù)這一新的模型，全世界的核反應(yīng)堆機(jī)構(gòu)都報(bào)告稱他們檢測(cè)到的反中微子數(shù)量低于理論預(yù)期——不知為何，一部分應(yīng)該產(chǎn)生出來(lái)的反中微子神秘地消失了！

解決數(shù)量異常之謎

解釋這種反中微子數(shù)量異常的理論認(rèn)為一部分反中微子可能轉(zhuǎn)變成了所謂“惰性中微子”。這種粒子只會(huì)與其他物質(zhì)粒子產(chǎn)生引力作用，而不是與一般的中微子那樣會(huì)存在弱相互作用力。惰性中微子的理論一經(jīng)出現(xiàn)便吸引了很多科學(xué)家的關(guān)注，因?yàn)樗男再|(zhì)與暗物質(zhì)非常相似，甚至被認(rèn)為有可能幫助人類最終認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)的本質(zhì)。暗物質(zhì)是一種神秘的未知物質(zhì)，是宇宙中物質(zhì)存在的主要形式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們能夠看到的常規(guī)物質(zhì)的數(shù)量。暗物質(zhì)不會(huì)與可見(jiàn)光發(fā)生相互作用，因此我們無(wú)法觀測(cè)到它們，而只能經(jīng)由其產(chǎn)生的引力效應(yīng)來(lái)推斷其存在和數(shù)量。

然而最近，關(guān)于惰性中微子的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)開(kāi)始發(fā)生動(dòng)搖。在2016年，一個(gè)名為“冰立方”的巨大地下中微子探測(cè)設(shè)施報(bào)告其開(kāi)展的針對(duì)惰性中微子的搜尋工作以零結(jié)果告終。盡管還不能完全排除這種粒子存在的可能性，但是這一結(jié)果意味著，即便這種粒子的確存在，那么它也不可能存在于目前運(yùn)行中的絕大部分中微子探測(cè)設(shè)備的探測(cè)能級(jí)范圍內(nèi)。

而近日中國(guó)大亞灣實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果則更進(jìn)一步，直接將惰性中微子是否需要存在的理論基礎(chǔ)給動(dòng)搖了。該探測(cè)器毗鄰大亞灣核電站，該核電站使用鈾和钚元素進(jìn)行核裂變反應(yīng)并產(chǎn)生能量。研究組分析了在不同能級(jí)上反應(yīng)產(chǎn)生的中微子/反中微子比例，以及四年間中微子和反中微子產(chǎn)生的總數(shù)。

研究結(jié)果顯示由钚-239（原子核內(nèi)含有94個(gè)質(zhì)子和145個(gè)中子）產(chǎn)生的反中微子數(shù)量與理論預(yù)期相吻合，但是由鈾-235衰變反應(yīng)產(chǎn)生的反中微子數(shù)量相比理論預(yù)期卻有顯著的缺失。如果惰性中微子理論正確，那么這兩種元素衰變產(chǎn)生的反中微子數(shù)量應(yīng)該事先相當(dāng)?shù)?，出現(xiàn)異常也應(yīng)該是兩者都出現(xiàn)異常。而在現(xiàn)在的情況下，似乎理論本身才是導(dǎo)致這種數(shù)量異常出現(xiàn)的原因，換句話說(shuō)，惰性中微子的理論很有可能是錯(cuò)誤的或者存在缺陷的。

不過(guò)，有一點(diǎn)需要澄清，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)并未完全排除惰性中微子存在的全部可能性。目前麻煩的是，正如其名字所暗示的那樣，惰性中微子極難尋找，其探測(cè)難度甚至超過(guò)其他類型的中微子。因此也有一種可能，那就是這種粒子其實(shí)是存在的，只是我們找錯(cuò)了地方。（晨風(fēng)）