IceCube 的幽灵粒子与 LHCb 的衰变:两个实验,两种证据
南极冰下的 IceCube 天文台正在探测来自遥远宇宙源的中微子,其能量约为太阳中微子的 100亿倍,ScienceDaily 于 11 月 2 日报道。几天前,LHCb 的物理学家宣布找到了一个粒子衰变的证据,这种衰变在 beauty 粒子中大约每 100亿个才出现一次。
这批物理结果里最新的一个并不是发现声明。它是一个极其罕见的衰变,罕见程度之高,以至于“证据”这个词本身撑起了整件事。11 月 3 日,CERN 的 LHCb 合作组报告了一个 beauty 粒子衰变的首个证据。合作组称,这种衰变在约 100亿个 beauty 粒子中才被预言出现一次。INFN 的新闻稿和 UK Research and Innovation 当天上午就跟进了这一结果。
这项搜寻最醒目的数字是 42 年,物理学家为寻找这一特征信号花了这么长时间。这个说法比粒子本身更重要。11 月 3 日有多家媒体跟进,其中 Nacionale 的一篇把显著性写成 3.2 sigma,并直白地问这算不算发现。按物理学的惯例,不算。3.2 sigma 的结果是证据,不是证明。这个区别正是这个领域报告罕见事件的方式:公布超出量,说明它有多大,然后等更多数据。
ScienceDaily 11 月 2 日的报道把 IceCube 的工作说得更直白。
它依据的是加州大学圣迭戈分校的新闻稿。稿中把中微子称为幽灵般的粒子,几乎不受阻碍地穿过物质。稿中说,天文台现在探测到的是来自遥远宇宙源的能量极高的中微子。新闻稿把它们与太阳中微子相比,后者携带的能量约低 100亿倍。探测装置是埋在南极冰下的大型探测器。要捕捉几乎能穿过一切的东西,这是唯一的办法。
同一份新闻稿还给出了有用的背景,说明为什么有人要为这件事造一台千米级的探测器。中微子分三种:电子中微子、μ子中微子和 τ 中微子。它们不带电荷。它们有质量,但新闻稿说,质量可能比电子小约 1000万倍。确切数值以及产生它们的机制仍然未知。据估计,宇宙中约有 10 的 89 次方个中微子,大致每个原子对应十亿个。偶尔拦下一个中微子的是弱相互作用,它比电磁相互作用弱约 20 个数量级。
这些幽灵粒子用来做什么
George Fuller 是加州大学圣迭戈分校的杰出物理学教授,曾与 Francis Halzen 合作写过一篇早期的 IceCube 论文。新闻稿引用了他的话。“中微子确实是幽灵般的粒子,”他说。“很难让它们停下来。很难抓住它们。我们甚至怎么知道它们存在、它们在哪里?”
新闻稿还提到,Halzen 因对 IceCube 的决定性贡献和高能天体物理中微子的发现,获得了今年的诺贝尔物理学奖。中微子相关的工作总共催生了五项诺贝尔物理学奖。另外,南安普顿大学和 IIT 坎普尔的一个团队在 Physical Review Letters 上发表了一项提议,ScienceDaily 于 11 月 1 日报道。该团队认为,一种长期被忽视的重中微子可能在宇宙冷却过程中一度主导了宇宙的能量密度。
他们的主张是,一个被认为相互作用太弱、无足轻重的粒子,可能塑造了让物质多于反物质的条件。研究作者之一 Rishav Roshan 博士在引述中说,这个粒子“长期以来被当作粒子物理中无关紧要的背景细节而被忽视”。他说,它衰变得足够慢,得以在大爆炸之后接管能量密度。该团队还提出,这一情景可能留下引力波信号。
“这种解耦的重中微子长期以来被当作粒子物理中无关紧要的背景细节而被忽视。”
关于基本问题的实验工作也在推进,只是尺度不同。ScienceDaily 10 月 30 日报道,伯明翰大学的一个团队用约 24000 个超冷原子造出了一个微型宇宙。这些原子处于绝对零度以上几十亿分之一度的温度,被两束激光分成一个明亮的观测区和一个黑暗的未观测区。明亮区反复膨胀和收缩。团队报告说,一种时间形式从内部变化中产生,不需要外部时钟。论文发表在 Physical Review Research 上。这是对通常针对量子引力提出的问题的实验室模拟,并不是对宇宙本身的检验。
突破教科书上的极限
10 月 28 日,ScienceDaily 报道了维也纳工业大学和加州大学圣迭戈分校的一项合作,把 X 射线的产生推过了标准激光物理所预言的能截止点。团队向氦原子发射强烈的紫外脉冲。他们发现,两个电子协同作用可以释放超出单电子极限的能量。这一发现发表在 Nature Photonics 上。
维也纳工业大学的 Tenio Popmintchev 教授在新闻稿中描述了常规机制。激光从原子中扯出一个电子并加速它。电子返回时发出的光携带能量。同组的博士后 Dimitar Popmintchev 在引述中指出,在截止点以上,频率要弱得多。最高频率就是无法被超越。
这些工作与 LHCb 的结果并不在领域的同一个角落。这一点值得直说。
LHCb 观察大型强子对撞机产生的数十亿次衰变,数出其中的超出量。IceCube 等待中微子在冰中发生相互作用。伯明翰的团队困住原子来研究时间。维也纳工业大学的团队用激光轰击氦。11 月 3 日,“仄宇宙”这个说法在从 BBC 到曼彻斯特大学的各家媒体上传开。它描述的是一种尺度,不是某一个实验。
还有一个更宏观的背景数字值得留意。The Robot Report 在 11 月 1 日谈机器人投资时引用了 PitchBook 的数据。2025 年,机器人和物理 AI 初创公司通过 1009 笔交易筹集了创纪录的 276亿美元,是上一年的两倍多。这不是物理学,但它提醒人们,资本追逐头条的速度很快。粒子物理的结果走的是另一只钟:为一个衰变搜寻 42 年,在造出探测器之前先有几十年的理论。
实验室之外,另外两件事显示了科技公司如何处理自己的承诺。Tom's Hardware 11 月 1 日报道,GOG 的业务发展与合作伙伴关系经理 Marcin Paczynski 对 GamesRadar+ 说,他希望再次销售 PC 游戏的实体版。任何回归都取决于发行商的批准,以及这家商店从未处理过的物流。“理想情况下,我的梦想是能在 GOG 上买到那些游戏的实体版,”他在那次采访中说。
同一家媒体 11 月 1 日报道,普利茅斯的警察局长 Eric Fadden 命令员工拔掉 Flock Safety 摄像头的电源线。该市在 9 月取消了合同,一个多星期里没有收到任何回复。据 The Drive 报道,市议会在 9 月 22 日一致投票通过。账户在第二天早上被停用,正式的取消函通过邮寄和电子邮件发出。Fadden 对 The Drive 的说法很直接。在公司层面和法律层面沉默了一个多星期之后,他指示员工切断电源,让摄像头无法记录车牌。
回到物理学。LHCb 的结果需要更多数据,才能有人称之为发现。合作组自己给出的显著性数字,如 11 月 3 日报道的那样,是值得关注的数字。IceCube 的高能中微子已经被探测到,但源头仍未确定。重中微子的提议是一个等待信号的计算。每一步的大小都不同,而这个领域对每一步用哪个词都很谨慎。
资料来源
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