中微子是通過觀察它們撞擊原子核時產生的粒子簇射來檢測的，但使用電子代替中微子的新研究表明，用于重建來自這些簇射的傳入中微子能量的模型通常會給出錯誤的答案。研究人員表示，這項工作突出了中微子-原子核相互作用理論中眾所周知的差距，如果下一代中微子探測器，如美國的深層地下中微子實驗(DUNE)和日本的Hyper-Kamiokande要充分發揮其潛力，改進這一理論至關重要。
中微子振蕩的研究繼續為超越粒子物理學標準模型的物理學提供誘人的線索。標準模型最初并沒有預測中微子有質量，但加速器實驗和天文觀測都清楚地表明，中微子在傳播過程中可以周期性地改變電子、μ 子和τ 中微子之間的味。這種中微子振蕩只有在中微子有質量時才有可能，從而改變標準模型。
因此，表征中微子振蕩是當今物理學的最高優先事項之一。麻省理工學院的Or Hen提供了一個例子。他說：“如果中微子和反中微子的相互作用嚴重違反了電荷平價對稱性，那么在某些假設下，可以解釋為什么我們生活在一個以物質為主的宇宙中，我們真的需要測量中微子和反中微子的振蕩是否略有不同。”
能量重建
中微子的振蕩率取決于它們的能量，因此需要知道這一點才能表征中微子振蕩并尋找任何可能的異常。不幸的是，眾所周知，中微子很難被探測到，因為它們與物質的相互作用極其微弱。個別實驗的細節各不相同，但它們總是使用被傳感器包圍的大量物質(Hyper-Kamiokande 將使用水;DUNE 將使用液態氬)。當中微子與物質中的原子核相互作用時，傳感器會拾取噴射出的粒子并重建入射中微子的能量。
一個問題是，這需要了解中微子如何與原子核相互作用。以色列特拉維夫大學的Adi Ashkenazi解釋說：“重建中微子的能量就像看著天空中的煙花，并試圖通過看到所有美麗的顏色來計算點燃爆炸的能量。” “模擬中有很多自由參數。”
單個探測器通常用中微子束校準。然而，中微子僅由粒子衰變產生(它本質上是隨機的)因此產生單能中微子束是不可能的。這使得在檢測帶寬中的每個能量處校準檢測器處的??傳入通量變得不可行。然而，e4ν(中微子的電子)合作的研究人員使用了研究原子核如何與電子相互作用的簡單而令人驚訝的替代方法。使用粒子加速器很容易產生單能電子束，Hen 說，雖然電子-核相互作用的基本物理學不同于中微子-核相互作用的基本物理學，但模擬中的真正困難來自質子和中子之間的相互作用在細胞核中。
中微子的簡單版本
“本質上，電子是中微子的一個簡單版本，所以無論你認為你對中微子了解多少，如果同一個模型不能解釋電子數據，那就是錯誤的。”Hen 說。
因此，e4ν 研究人員與位于弗吉尼亞州的 CLAS 合作組織(Hen 和 Ashkenazi 是兩個小組的成員)合作，研究 1999 年的散射數據，其中已知能量的電子從碳、氦或鐵靶上散射。他們選擇了其中散射相對簡單的子集——僅產生一個檢測到的電子和一個質子。在Nature 上的一篇論文中，研究人員將電子相互作用當作中微子來分析，使用標準模擬來重建入射粒子的能量。對于碳，只有 30-40% 的模擬估計能量在實際束能量的 5% 以內。對于鐵，比例僅為20-25%。
科羅拉多大學博爾德分校的Eric Zimmerman說：“模型與數據不一致，你不應該感到驚訝。“已經產生了各種各樣的中微子相互作用模型，他們的預測有很多變化。我認為這項工作的主要價值是這個數據集可能會用于使模型變得更好，如果它還沒有的話。”
“對于任何關注的人來說，這應該不足為奇，”德克薩斯州休斯頓大學的Daniel Cherdack表示同意。“真正的問題是誰在關注，為什么?” Zimmerman 和 Cherdack 都認為探測器的當前結果是值得信賴的，因為模型的不確定性已被計入誤差計算中。然而，Cherdack 表示，如果更大的探測器要發現更小的影響，這些不確定性將需要變得更小。“這是一篇重要的論文，因為它突出了中微子物理學中不經常出現在前面的部分，而自然關注這一點的事實非常重要，因為這是其中之一我們真的需要想辦法讓 DUNE 成為一個成功的實驗。”
