科学探索|神秘“暗区”能否解释令人困惑的中微子谜题？( 五 ) 神秘“暗区”能否解释令人困

物理学家也在重新探索原先的道路，用现有数据检查他们的暗区模型。例如，冰立方实验团队自2016年以来发表了一系列声明——一次比一次有信心——宣称没有发现惰性中微子穿过冰层的迹象。冰立方是一个由5000个探测器组成的阵列，埋在南极冰层下数公里深处。不过，近期发布的一项分析发现，如果惰性中微子可以衰变为其他看不见的粒子，那么冰立方的数据实际上有利于它们的存在。该团队的完整分析报告尚未发表，但研究人员强调，在获得定论之前，有必要对这种可能性进行评估。
最后，综合所有中微子振荡实验的分析也发现了支持惰性中微子衰变的证据。
大胆断言存在大量隐形粒子需要大胆的证据，但并不是所有人都能被说服。德国慕尼黑大学的戈兰·森扬诺维奇说：“我一直在赌所有异常现象都不会发生。”作为中微子质量跷跷板模型的提出者之一，森扬诺维奇表示，我们不应该假设越来越多的粒子来解释实验中的意外结果，“最首要的”应当是以现有理论为指导，在高度成功的标准模型之外只做最小的改动。
但在“小径分岔的花园”中，追求极简主义和简洁性的假设往往是错误的。标准模型预测电中微子、μ中微子和τ中微子是无质量的，但后来的研究表明它们并不是。理论物理学家曾经认为，如果这些中微子具有质量，那它们一定有足够的质量来解释暗物质——但结果也是否定的。也许我们需要对标准模型进行更精细的扩展。康拉德等物理学家也强调，从异常现象中寻找线索能带来好处。
走出迷宫
现在的挑战是如何进入假想中的暗区。泡利曾感叹，提出不可探测的粒子是任何理论物理学家都不应该做的事情；但幸运的是，物理学家们或许能够通过三种熟悉的中微子“听到”黑暗世界的低语。“中微子本质上就是一种暗粒子，”美国纽约大学的粒子物理学家尼尔·韦纳说，“它有能力与其他暗粒子相互作用并混合，而在标准模型中，没有其他粒子能做到这一点。”
即将开始的新型中微子实验可能会打开通往暗区的大门。在MicroBooNE之后，费米实验室的SBND和ICARUS实验将很快启动，并在多个距离和能量上探测中微子振荡，帮助科学家更清晰地了解这些振荡的完整模式。与此同时，费米实验室的DUNE实验将具有更高的灵敏度，可能会探测到较重的暗区粒子。康拉德表示，在“静止衰变”实验中，仔细观察中微子从放射源（如锂-8）喷涌而出的过程，将为解释目前混乱的结果提供另一种观点。
冰立方中微子探测器也提供了一个不同寻常的有利位置。该实验能够探测到宇宙射线与地球大气层碰撞时产生的高能中微子。这些中微子可能会与冰立方内部的粒子相互作用发生散射，并变形为奇异的、质量较大的中微子——研究者怀疑这些中微子会在MiniBooNE内部衰变。马修斯·霍斯特表示，如果冰立方在一段距离之外看到了这种散射和重中微子衰变，这种“双重重击”的特征“将是一种新粒子存在的非常有力的证据” 。
这些可能性使得暗区“不仅仅是一个睡前故事，”韦纳说道。然而，即使暗区存在，并且以常见的中微子作为媒介，也不能保证它们的联系足够强，能够揭示隐藏的东西。美国密歇根大学的物理学家乔希·斯皮茨说：“任何合理的实验都可能完全无法获得重中微子。”
当然，从LSND开始出现的每一次中微子异常都可能有平凡无奇的解释。“也许所有这些异常都出错了，也许只是非常不走运，它们看起来都彼此相关，”康拉德说，“那将是大自然极为残忍的表现。”