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理论和实验物理学联手寻找颗粒味道的变化

开心的月饼 2023-08-15 13:52:36 生活常识

物理学中最近的一项重要发现来自于测量由太阳产生的中微子(中性、弱相互作用的粒子)。太阳中的核反应仅产生电子中微子。根据标准模型,中微子具有三种不同的“味道”(电子、μ和τ)。科学家最初认为中微子是无质量的,但他们最近发现中微子有质量。

理论和实验物理学联手寻找颗粒味道的变化

这一发现的一个有趣的结果是中微子可以改变味道。这意味着从太阳到达地球的中微子中有三分之二不是电子中微子。现在,理论和实验的进步正在帮助科学家确定中微子的带电对应物——电子、μ子和τ子——是否也能改变味道。

在两项新实验中,科学家将寻找带负电的μ子(电子的质量更大的表亲)衰变成电子。这将违反标准模型。这些实验(费米实验室的Mu2e实验和日本J-PARC的COMET实验)将能够检测到这一过程中的电子,即使转换概率仅为千万亿分之一。

这使得这些实验比之前的搜索敏感一万倍。最近的理论工作已经确定了这些实验中可用的新物理信息以及如何测量它。结果可能会告诉科学家关于标准模型之外可能存在的相互作用。

μ子被捕获在核目标中,并像电子一样结合在原子中。当μ子到电子的转换发生时,科学家只能观察到那些使原子核处于最低能量状态的电子。这些电子具有精确的能量,只要选择它们进行测量,就可以简化它们的检测并消除背景。由于原子核保持在基态,因此限制了可测量的范围。

加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室、上海交通大学和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员发现,有了这个过滤器,如果研究人员使用一组精心挑选的核目标,实验人员就可以测量六个独立的可观测值为了他们的财产。

核理论可以帮助指导这种选择,因为它可以预测哪些目标特性将增强给定的可观测值。这六个可观测值代表了新物理学的“指纹”,并定义了Mu2e和COMET等团队可以完成的测量程序。一旦该计划得以实施,粒子理论学家将获得有关标准模型中可能缺失的六个新线索。


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