超高能量事件是研究幽灵粒子的关键

时间:2020-02-02 18:43 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

超高能量事件是研究幽灵粒子的关键

位于圣路易斯的华盛顿大学的物理学家们提出了一种利用超高能量中微子数据来研究超越粒子物理学标准模型的相互作用的方法。Zee的爆炸模型利用了来自大型中微子望远镜的新数据,比如南极的冰立方中微子天文台及其未来的扩展。

“中微子继续激发着我们的兴趣,拓展着我们的想象力。这些‘幽灵粒子’在标准模型中是最不被人理解的,但它们却掌握着超越它的关键。”

“到目前为止,在冰立方进行的所有非标准的相互作用研究都只集中在低能大气中微子数据上,”华盛顿大学麦克唐奈空间科学中心的德夫说。“Zee的爆炸机制为利用冰立方的超高能量中微子探测非标准的相互作用提供了一个新工具。”

超高能源事件

自从20年前发现中微子振荡并获得2015年诺贝尔物理学奖以来,科学家们在了解中微子特性方面取得了重大进展,但仍有许多问题没有得到解答。

例如,中微子的质量如此之小的事实已经要求科学家考虑标准模型之外的理论。在这些理论中,“中微子在传播过程中可能会与物质产生新的非标准的相互作用,这将对未来的精确测量产生至关重要的影响,”戴夫说。

超高能量事件是研究幽灵粒子的关键

2012年,冰立方合作组织首次观测到来自外星的超高能量中微子,这为研究最高能量下的中微子特性打开了一扇新的窗户。自那次发现以来,冰立方已经报告了大约100个这样的超高能量中微子事件。

戴夫说:“我们立刻意识到,这可能会给我们提供一种寻找奇异粒子的新方法,比如寻找超对称伙伴和重衰变暗物质。”在过去的几年里,他一直在寻找寻找不同能量级别的新物理信号的方法,并与人合著了六篇研究这些可能性的论文。

他说:“我在所有这些研究中遵循的共同策略是,在观察到的事件光谱中寻找异常特征,然后可以将其解释为新物理学的一个可能迹象。”

最引人注目的特征将是一种共鸣:物理学家们见证了在一个狭窄的能量窗口内事件的戏剧性增强。Dev将他的时间花在了思考能够产生这样一个共鸣特性的新场景上。这就是当前工作的想法的来源。

在标准模型中,超高能量的中微子可以在共振时产生w -玻色子。根据在2018年中微子会议上公布的初步结果,这个被称为“玻璃共振”的过程已经在冰立方上被发现。

戴夫说:“我们认为,新的光带电粒子可以引发类似的共振,这为探测非标准中微子相互作用提供了一种新方法。”

超高能量事件是研究幽灵粒子的关键

突然出现在中微子的场景中

Dev和他的合著者、俄克拉荷马州立大学的Kaladi Babu认为Zee模型是他们研究的原型,Zee模型是一种流行的辐射中微子质量生成模型。这个模型允许带电荷的标量轻至质子质量的100倍。

德夫说:“在冰立方中微子观测站的超高能量中微子事件光谱中,这些带电荷的Zee-scalars可以产生类似玻璃的共振。”

因为新的共振涉及到Zee模型中的带电标量,他们决定称之为“Zee爆炸”。

华盛顿大学的Yicong Sui和俄克拉荷马州立大学的Sudip Jana都是物理学研究生,也是这项研究的合著者。

“我们需要一个有效的曝光时间至少四次当前暴露足够敏感检测新resonance-so大约是30年与当前冰立方设计,但只有三年的IceCube-Gen 2,”戴夫说,他指的是提出新一代冰立方10立方千米探测器体积的延伸。

“这是在冰立方寻找新的带电标量的有效方法,与在大型强子对撞机中直接搜索这些粒子相辅相成。”

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