伊利诺伊理工大学物理学家在宇宙中寻找新中微子的突破性发现的一部分

芝加哥，2021 年 10 月 27 日——伊利诺伊理工学院物理学副教授布莱斯·利特尔约翰 (Bryce Littlejohn) 是一个国际科学家团队的一员，该团队对第四个“无菌”中微子存在的流行理论进行了打击。开创性的研究成果今天在费米国家加速器实验室公布。

中微子有三种已知的“味道”，比原子小，是宇宙中最丰富的基本构件之一。几十年来，科学家们一直在寻找一种解释，以解释中微子在产生和检测到的地方之间会发生变化的意外迹象。一个解释这一结果的流行理论假设存在一种未被发现的第四种“无菌”中微子，它在自然界中比三种已知的味道更加幽灵。今天来自MicroBooNE进行的实验的发现，这是费米实验室建造的一个强大的中微子探测器，以更好地理解中微子相互作用，对这一理论造成了重大打击。

MicroBooNE 就像“一个巨大的数码相机，可以拍摄相机内部相互作用的中微子的毫米级精确数码照片，”Littlejohn说。它使用特殊的光传感器和超过 8,000 根连接线来捕捉中微子相互作用。Littlejohn 自 2012 年以来一直从事该项目，他组织了探测器电子系统的安装，用于操作这些电线并从探测器读取数据。作为振荡组召集人，他还负责产生新报告结果的分析组。来自五个国家 36 个机构的 200 多名研究人员参与了帮助 MicroBooNE 实现其最近发现的工作。

Littlejohn 的伊利诺伊理工大学研究小组一直在使用人工智能和深度机器学习来处理 MicroBooNE 的图像，以创建详细说明中微子交互产品轨迹和特性的图表。这些图像和工具使合作者能够区分 MicroBooNE 图像中的电子和光子，这是之前实验中缺失的关键信息。

“如果之前的实验正确地看到了惰性中微子的迹象，我们应该能够看到一些新的和疯狂的东西，但到目前为止我们还没有看到任何新的和疯狂的东西，”利特尔约翰说。“那个新的中微子要么不可能存在，要么看起来与人们预期的不同。”

虽然数据没有揭示第四个中微子的证据，但它仍然不能解释之前中微子物理实验中出现的异常现象。MicroBooNE 研究人员将使用更多数据进行后续分析，以测试超出标准模型的不同类型的新物理，而新的更高精度SBND和 ICARUS 探测器将于明年在费米实验室上线，以进一步加强 MicroBooNE 的搜索。

“我们知道新物理学必须存在于某个地方。否则，例如，我们不会看到所有这些表明存在暗物质的证据，” Littlejohn 说。“我们在宇宙中看到的暗物质与我们可以在地球上的高能物理实验室制造的奇怪的新粒子类型之间一定存在某种联系。”

伊利诺伊理工学院的博士后研究员 Ryan Dorrill 和本科生 Whitmaur Castiglioni 与 Littlejohn 一起参与了该项目。伊利诺伊理工学院校友 Rui An 和 Ivan Lepetic 在攻读博士学位期间也与研究团队一起工作。学生们。一种用于处理来自 MicroBooNE 的精美 3D 图像的开发算法。Littlejohn 说，这个项目令人兴奋的事情之一是，它的科学家，包括 An，使用尖端的机器学习工具对图像进行深入、有效的分析，这是肉眼或传统计算机科学工具无法实现的。 .作为一名粒子物理学家，Littlejohn 说他喜欢使用实验过程来找出宇宙中哪些是真实的，哪些是不真实的。

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