▲当一个中微子与MiniBooNE探测器箱内的原子核发生相互作用时，就会产生光粒子，而该箱内图示意图展现了用来捕捉光粒子的光电探测器阵列。
据美国物理学网6月5日消息称，美国能源部（DOE）下属的阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）和费米国家加速器实验室（Fermi National Accelerator Laboratory）的科学家们在对八年前采集的数据进行分析的基础上，取得了一个潜在的突破性发现，该成果今年4月发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。
早在2002年，费米实验室的科学家们启动了一个名为“助推器中微子实验”（Booster Neutrino Experiment, 简称MiniBooNE）的项目，目的是进一步了解关于中微子——一种非常轻的中性基本粒子——与物质的相互作用。最近在对2009年到2011年间的实验数据进行复查后，他们首次发现有直接证据表明单一能量的中微子（具有确定能量的中微子）具有的能量足以产生一个μ介子。
中微子的质量非常小，并且只受到微弱亚原子力量的影响，所以它们很少与物质发生相互作用。也正因为中微子的飘忽不定、难于捕捉，科学家们被迫运用由大量粒子组成的粒子束。他们将若干粒子束射向探测器中的原子核，希望其中的中微子会与目标物质发生碰撞。
参与发现单一能量中微子的科学家、阿贡国家实验室的物理学家乔?格兰奇（Joe Grange）指出：“伴随采用这些大型粒子束随之而来的麻烦是，中微子的能量类型广泛而多样，甚至有些难以预测。这就为我们充分解读这些数据造成了困难。”而该次的新发现有助于解决实验中的这个问题。
在费米实验室中，科学家们意识到有单一能量的中微子从其附近的中微子光束线中释放出来，于是他们决定再次研究MiniBooNE的实验数据，力图摸清实验期间是否出现这类中微子。果不其然，对MiniBooNE数据的分析显示，有成千上万次中微子与原子核相互碰撞的证据，而这些中微子起始时都具有等量的能量——236兆电子伏特（mega-electron-volts）。
在MiniBooNE实验期间，另一个实验的质子吸收器中生成的一种名为K中介子的粒子衰变成了名为μ介子和μ子中微子的粒子。然后，μ子中微子就移动至MiniBooNE探测器。因为K中介子衰变时处于休眠状态，并且它们只衰变成两种粒子，所以所有中微子在MiniBooNE探测器中与原子核碰撞前都具有相同量的初始能量。
格兰奇介绍道：“这一发现不仅可以增进我们对中微子与物质相互作用的理解，而且还能计划在未来的实验中利用它们之间的相互反应来寻找新的物理过程。”引导这一衰变过程、让其成为用于实验的中微子来源，就能消除中微子能量的不确定性，从而使我们的分析更简单、更有效。
除了有助于改善未来的实验设置外，这些数据还能帮助科学家了解当原子核被中微子狂轰滥炸时的特性与表现，从而有利于他们改进粒子交互作用模型。这一发现在实验方面的意义还在于，它可以帮助科学家们寻找理论假设中的惰性中微子——一种只与引力发生相互作用、而对弱力无反应的中微子。
编译：Jonathan 审稿：西莫
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