芝加哥，2021 年 10 月 27 日——伊利諾伊理工學(xué)院物理學(xué)副教授布萊斯·利特爾約翰 (Bryce Littlejohn) 是一個國際科學(xué)家團(tuán)隊的一員，該團(tuán)隊對第四個“無菌”中微子存在的流行理論進(jìn)行了打擊。開創(chuàng)性的研究成果今天在費(fèi)米國家加速器實驗室公布。
中微子有三種已知的“味道”，比原子小，是宇宙中最豐富的基本構(gòu)件之一。幾十年來，科學(xué)家們一直在尋找一種解釋，以解釋中微子在產(chǎn)生和檢測到的地方之間會發(fā)生變化的意外跡象。一個解釋這一結(jié)果的流行理論假設(shè)存在一種未被發(fā)現(xiàn)的第四種“無菌”中微子，它在自然界中比三種已知的味道更加幽靈。今天來自MicroBooNE進(jìn)行的實驗的發(fā)現(xiàn)，這是費(fèi)米實驗室建造的一個強(qiáng)大的中微子探測器，以更好地理解中微子相互作用，對這一理論造成了重大打擊。
MicroBooNE 就像“一個巨大的數(shù)碼相機(jī)，可以拍攝相機(jī)內(nèi)部相互作用的中微子的毫米級精確數(shù)碼照片，”Littlejohn說。它使用特殊的光傳感器和超過 8,000 根連接線來捕捉中微子相互作用。Littlejohn 自 2012 年以來一直從事該項目，他組織了探測器電子系統(tǒng)的安裝，用于操作這些電線并從探測器讀取數(shù)據(jù)。作為振蕩組召集人，他還負(fù)責(zé)產(chǎn)生新報告結(jié)果的分析組。來自五個國家 36 個機(jī)構(gòu)的 200 多名研究人員參與了幫助 MicroBooNE 實現(xiàn)其最近發(fā)現(xiàn)的工作。
Littlejohn 的伊利諾伊理工大學(xué)研究小組一直在使用人工智能和深度機(jī)器學(xué)習(xí)來處理 MicroBooNE 的圖像，以創(chuàng)建詳細(xì)說明中微子交互產(chǎn)品軌跡和特性的圖表。這些圖像和工具使合作者能夠區(qū)分 MicroBooNE 圖像中的電子和光子，這是之前實驗中缺失的關(guān)鍵信息。
“如果之前的實驗正確地看到了惰性中微子的跡象，我們應(yīng)該能夠看到一些新的和瘋狂的東西，但到目前為止我們還沒有看到任何新的和瘋狂的東西，”利特爾約翰說。“那個新的中微子要么不可能存在，要么看起來與人們預(yù)期的不同。”
雖然數(shù)據(jù)沒有揭示第四個中微子的證據(jù)，但它仍然不能解釋之前中微子物理實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象。MicroBooNE 研究人員將使用更多數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析，以測試超出標(biāo)準(zhǔn)模型的不同類型的新物理，而新的更高精度SBND和 ICARUS 探測器將于明年在費(fèi)米實驗室上線，以進(jìn)一步加強(qiáng) MicroBooNE 的搜索。
“我們知道新物理學(xué)必須存在于某個地方。否則，例如，我們不會看到所有這些表明存在暗物質(zhì)的證據(jù)，” Littlejohn 說。“我們在宇宙中看到的暗物質(zhì)與我們可以在地球上的高能物理實驗室制造的奇怪的新粒子類型之間一定存在某種聯(lián)系。”
伊利諾伊理工學(xué)院的博士后研究員 Ryan Dorrill 和本科生 Whitmaur Castiglioni 與 Littlejohn 一起參與了該項目。伊利諾伊理工學(xué)院校友 Rui An 和 Ivan Lepetic 在攻讀博士學(xué)位期間也與研究團(tuán)隊一起工作。學(xué)生們。一種用于處理來自 MicroBooNE 的精美 3D 圖像的開發(fā)算法。Littlejohn 說，這個項目令人興奮的事情之一是，它的科學(xué)家，包括 An，使用尖端的機(jī)器學(xué)習(xí)工具對圖像進(jìn)行深入、有效的分析，這是肉眼或傳統(tǒng)計算機(jī)科學(xué)工具無法實現(xiàn)的。 .作為一名粒子物理學(xué)家，Littlejohn 說他喜歡使用實驗過程來找出宇宙中哪些是真實的，哪些是不真實的。
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