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南极高能物理探测器的不寻常事件,新论文:可能是超对称粒子

2024-05-08 215

南极洲上布置有几项用来研究宇宙射线和高能粒子的尖端物理设备,而自 2016 年 3 月以来 ,科学家一直被其中两次侦测事件深深困扰著。最近一项论文另辟新观点,指出这些粒子很有可能是至今都还未被证实的超对称粒子。

由宾夕法尼亚州立大学(Penn State)天体物理学家 Derek Brindley Fox 领导的团队发表一篇论文(尚未经过同行评审),研究数据结合了南极脉冲瞬态天线(Antarctic Impulsive Transient Antenna,ANITA)与冰立方微中子天文台(IceCube)。

南极脉冲瞬态天线是由 32 个无线电天线组成的阵列(布置成圆柱形,半径约 3 米、高度约 5 米),藉氦气球悬挂到约 35 公里高空处,实验目标为收集宇宙射线中正、负电子“超光速”撞击冰后产生的切伦可夫辐射(Cherenkov radiation)。

高能宇宙射线与地球大气层作用后形成称为空气射丛(air shower)的产物,这些粒子雨轨迹被地球磁场弯曲又产生无线电波,通常来讲,ANITA 会看到空气射丛撞到冰层又反弹的无线电波。

但 2006 年时,ANITA 发现了一些奇怪的无线电波,表明某些高能粒子撞击冰层后,粒子不像理论预测那般消亡,反而以某种方式穿过了地球;8 年后,同样的事情又发生了一次。

为了解释这几次异常事件,科学家提出几乎不与物质相互作用的惰性微中子(sterile neutrino)、暗物质产物等理论,前者在今年获得了有力的新证据支持,有机会改写物理学框架。

但 Derek Brindley Fox 团队分析后认为惰性微中子的机会不大,反而可能是另一种新观点:科学界长期以来追求的超对称粒子(Superpartner)。根据“超对称理论”,标准模型中每种粒子都存在一个与其对应、自旋相差 1⁄2 的超对称粒子,英文中费米子的超粒子(sparticle)就是在每种费米子前加一个 s,所以涛子(tau)的超对称粒子即 stau,只不过迄今为止,超对称粒子都还没被实验发现。

在排除潜在的无线电干扰和其他来源后, Derek Brindley Fox 团队相信 IceCube 曾经找到的奇怪粒子不是缈子(muon,μ)而是涛子(tau、tauon,τ),这涛子又是超费米子 stau 穿过地球的衰变物。

根据《Scientific American》报导,有些物理学家强烈反对团队超对称粒子的解释,但也有些物理学家认为这可能成为粒子学新契机,只差研究团队还需要更多数据佐证自己的论点。不管怎么说,找到超越标准模型的证据是每个理论学家的梦想,自大型强子对撞机(LHC)检测到希格斯玻色子以来,科学界一直在等待新的想法注入。

  • Impossible cosmic rays are shooting out of Antartica
  • Unknown Beams Detected Shooting Up from Depths of Antarctica’s South Pole –“May Shatter the Standard Model of Physics”
  • Bizarre Particles Keep Flying Out of Antarctica’s Ice, and They Might Shatter Modern Physics
  • New Particle Could Explain ‘Unusual’ Antarctic Weather Balloon Detection

(首图来源:NASA)

延伸阅读:

  • 重大物理实验,科学家可能发现假想基本粒子“惰性微中子”
  • 高能天文学谜团重大突破,IceCube 探测器首确认宇宙微中子来源
2019-03-12 10:31:00

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