STEREO实验的最终结果拒绝惰性中微子假说

经过几年的运作，STEREO 合作发表了他们反中微子研究的最终结果。利用他们的数据，研究人员排除了惰性中微子存在的暗示，惰性中微子是许多理论中预期的另一种中微子状态。这一结果发表在 1 月 11 日的《自然》杂志上，对基础物理学的许多领域都具有重要意义。

在现代粒子物理学中，所有已知的基本粒子及其相互作用都在所谓的粒子物理学标准模型中进行了描述。该模型包括中微子，这是沃尔夫冈·泡利 (Wolfgang Pauli) 于 1930 年为了遵守普遍的能量守恒定律而发明的粒子。中微子非常轻，电中性并且仅通过电弱力相互作用。因此，它们极难被发现。直到 1956 年才进行直接的实验检测。

今天已知三种不同类型的中微子。由于这些中微子非常小但非零质量，它们可以在这些不同状态之间改变它们的特性。这些所谓的中微子振荡是大约二十年前建立的。

2011 年，精度的提高导致观察到的和预测的核反应堆发射的反中微子通量出现异常。这触发了存在补充中微子状态的假设，该状态将是无菌的，即不通过弱相互作用相互作用。该粒子还可能解释尚未完全理解的物理现象，例如暗物质。

为了明确检验惰性中微子的这一假设并确定它们的特性，STEREO 实验于 2017 年在 ILL Grenoble 的高通量核研究反应堆中设计并开始运行。一个由六个相同元件组成的探测器被放置在距离反应堆堆芯仅 10 米的地方。

该项目受益于几代反应堆中微子实验中收集的经验。与外部环境隔绝，探测器的单元被理想地定位，以前所未有的精度搜索惰性中微子的特征：它们的能量分布中的位置相关扭曲应该出现在离反应堆很近的地方。

现在，STEREO 合作项目由来自德国海德堡马克斯普朗克物理研究所 (MPIK) 和法国 CEA Saclay、CNRS、格勒诺布尔阿尔卑斯大学和萨瓦勃朗峰大学以及劳埃-朗之万研究所的研究人员组成(ILL) 公布了他们结合完整数据集的最新结果：物理学家证实核反应堆释放的中微子通量存在异常，但惰性中微子并不是造成这种情况的原因。

“在 2017 年到 2020 年期间，我们总共观察到了超过 100,000 个中微子，但无法在这些测量中确定任何潜在惰性中微子的踪迹，”MPIK 实验的主要研究人员之一克里斯蒂安·巴克解释道。 . “观察到的异常现象很可能是由于低估了用于通量预测的放射性衰变核数据的不确定性，而不是中微子实验本身。”

虽然这一结果非常强烈地拒绝了惰性中微子假说，但它进一步支持了标准模型及其中微子含量。

除了寻找惰性中微子外，STEREO 实验还提供了迄今为止对铀 235 裂变反中微子光谱的最准确测量。它旨在用作未来高精度反应堆实验的参考光谱，例如确定中微子的质量等级或标准模型的低能测试。此外，这种精确测量可能有助于更好地了解反应堆关闭期间发生的现象。

MPIK 的研究人员对 STEREO 检测器的构造和数据分析都做出了重大贡献。例如，探测器中非常特殊的液体是在 MPIK 开发、生产和表征的。特别是构成探测器核心的含钆液​​体闪烁体源自 MPIK。

另一个重要的贡献是非常特殊的填充系统和用于测量探测器中中微子反应后的光信号的光传感器。在分析领域，MPIK小组积极参与能量重构、效率测定和分析协调。

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