中微子质量有序化是现代物理学中最激动人心的挑战之一

中微子质量有序化是现代物理学中最激动人心的挑战之一。约翰内斯·古腾堡大学美因茨分校(JGU)的卓越簇PRISMA +的物理学家在一项新研究中起着主导作用，该研究表明中微子质量有序化难题将在未来几年内最终得到解决。这要归功于正在进行中的两个新中微子实验的综合性能-南极IceCube实验的升级和中国江门地下中微子观测站(JUNO)的升级。他们将很快为物理学家提供有关中微子质量定序的更为敏感和互补的数据。

中微子是基本粒子中的变色龙

中微子是由自然资源产生的，例如在太阳内部或其他天文物体内部产生的，但也由核电厂产生的。但是，它们可以不受阻碍地穿过正常物质(例如人体)，而不会留下任何痕迹。这意味着需要非常复杂的方法，需要使用大量的检测器来观察偶然的罕见反应，其中涉及到这些“鬼粒子”。

中微子分为三种类型：电子，介子和tau中微子。它们可以从一种类型转变为另一种类型，这一现象被科学家称为“中微子振荡”。可以通过观察振动模式来确定颗粒的质量。多年来，物理学家一直试图确定三个中微子中哪个最轻，哪个最重。PRISMA +卓越集群和JGU物理研究所的物理学家Michael Wurm教授在中国建立JUNO实验中发挥着重要作用。他解释说：“我们相信，回答这一问题将对促进实现我们收集关于中微子领域违反物质-反物质对称性的长期数据，然后，我们希望利用这些数据，一劳永逸地找出为什么物质和反物质没有在大爆炸之后完全相互消灭砰。”

全球合作取得成效

为了解决中微子质量有序的难题，两个大型实验都使用了非常不同且互补的方法。“一种明显的方法是将两个实验的预期结果结合起来，”同样来自PRISMA +卓越集群和JGU物理研究所的SebastianBöser教授指出，他是中微子的研究者，是IceCube实验的主要贡献者。

说到做到。在本期《物理评论D》(Physical Review D)杂志中，IceCube和JUNO合作的研究人员发表了对实验的综合分析。为此，作者模拟了预测的实验数据与每个实验的测量时间有关。结果取决于中微子质量是处于正常还是反向(反转)顺序。接下来，物理学家进行了统计测试，他们对这两个实验的模拟结果进行了组合分析。这揭示了两个实验结合起来可以预测正确顺序，或者排除错误顺序的敏感度。由于在JUNO和IceCube中观察到的振荡模式以每个实验特定的方式取决于实际中微子质量的排序，因此组合测试的判别力明显高于单个实验结果。因此，该组合将允许在三至七年的测量时间内确定排除错误的中微子质量顺序。

塞巴斯蒂安·伯瑟(SebastianBöser)总结说：“在这种情况下，整体实际上不仅仅是其各个部分的总和。” “在这里，有明确的证据表明，在解决剩余的中微子难题时，补充实验方法的有效性。” “无论是IceCube升级，JUNO还是当前正在运行的其他任何工具，任何实验都无法单独实现。” Michael Wurm补充道。“此外，它只是显示了美因茨中微子物理学家通过共同努力可以实现的目标。”

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