新的分析 將實驗數據與帶有第四個無菌中微子的模型進行比較，以測試它們的兼容性。MicroBooNE 科學家在探索的參數范圍內沒有發現長期尋找的無菌中微子的證據。
無菌中微子導致先前實驗報告的尚未解釋的異常的可能性仍然存在。這些包括洛斯阿拉莫斯國家實驗室的液體閃爍中微子探測器、費米實驗室的 MiniBooNE 實驗以及幾個放射化學和核反應堆中微子實驗的測量。
MicroBooNE 采用最先進的粒子檢測技術和技術。該實驗研究中微子的相互作用，并正在探索一種稱為無菌中微子的理論第四中微子模型。照片：Reidar Hahn，費米實驗室
“這是我們第一次檢查我們的數據是否適合特定的無菌中微子模型，”費米實驗室科學家兼 MicroBooNE 的聯合發言人馬特·托普斯說。“我們已經排除了 LSND 允許的大部分無菌中微子參數空間。但仍有一些角落可能隱藏著無菌中微子。”
雖然無菌中微子的最基本版本變得越來越不可能，但其他更微妙的物理類型可能正在發揮作用。例如，可能有一種無菌中微子與其他物質(如暗物質)結合使用。或者對異?？赡苡型耆煌慕忉?。與希格斯玻色子或標準模型之外的其他物理有關的無法解釋的物理可能是原因。
“在這項工作中，我們發現了中微子出現和消失之間的重要相互作用，這在之前的實驗工作中沒有考慮到。這對搜索結果產生了重要影響，”美國能源部布魯克海文國家實驗室的博士后研究員、本次分析的共同負責人之一吉向攀說。
與 2021 年的結果一樣，新發現僅使用了 MicroBooNE 數據集的一半。研究人員將在未來的分析中繼續尋找潛在的無菌中微子信號。他們還將把分析擴展到完整的數據集。
“中微子仍然是最奇怪、最有趣的粒子之一。它們是我們研究超出標準模型的新物理學的最佳機會之一。” ——賈斯汀·埃文斯
170 噸重的 MicroBooNE 中微子探測器收集了 2015 年至 2021 年的數據。它記錄了數十萬張極其詳細的中微子事件 3D 圖像。來自 5 個國家的39 個機構的近 200 名合作者建立并運行了該實驗，目前正在進行數據分析。該合作預計將在 2023 年發布完整數據集的第一批結果。
MicroBooNE 是構成費米實驗室短基線中微子計劃的三個粒子探測器之一。ICARUS 和 Short-Baseline Near Detector 是另外兩個檢測器。它們共同實現了對中微子特性的詳細探索。特別是，他們研究了低能量和短距離的中微子振蕩?？茖W家們希望這三個探測器的組合測量能夠徹底解決 LSND 和 MiniBooNE 所看到的中微子測量異常。
明年，MicroBooNE 科學家還希望利用來自兩束具有不同能量的中微子束的數據報告無菌中微子模型，這是費米實驗室加速器復合體的一個獨特特征。到目前為止，這一 MicroBooNE 結果依賴于費米實驗室助推器中微子束提供的中微子，由能量為 80 億電子伏 (GeV) 的質子產生。但 MicroBooNE 探測器還記錄了費米實驗室主噴射加速器中由 120-GeV 質子產生的中微子的相互作用。
MicroBooNE 先進的液氬技術使研究人員能夠捕獲粒子軌跡的詳細圖像。這個電子中微子事件顯示了一個電子陣雨和一個質子軌跡。圖片：MicroBooNE 合作
“當我們添加來自費米實驗室主噴射器中微子束的數據時，我們探索無菌中微子和稀有相互作用的能力將得到增強，”路易斯安那州立大學物理學教授、無菌中微子分析的聯合負責人 Hanyu Wei 說。“兩束數據之間的相互作用將很有趣，而不僅僅是更多的統計數據。”
除了權衡無菌中微子問題外，MicroBooNE 還將搜索標準模型之外的其他現象，并提供中微子如何與物質相互作用的精確測量。
“中微子仍然是最奇怪、最有趣的粒子之一。它們是我們研究超出標準模型的新物理學的最佳機會之一，”曼徹斯特大學科學家兼 MicroBooNE 聯合發言人賈斯汀·埃文斯 (Justin Evans) 說。“MicroBooNE 可以做的中微子物理學有很多令人難以置信的事情。我們很高興看到數據中還有什么在等著我們。”
費米國家加速器實驗室得到美國能源部科學辦公室的支持?？茖W辦公室是美國物理科學基礎研究的最大支持者，致力于解決我們這個時代最緊迫的一些挑戰。
