南極高能物理探測器的不尋常事件,新論文:可能是超對稱粒子

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 01 日 14:43 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

南極洲上布置有幾項用來研究宇宙射線和高能粒子的尖端物理設備,而自 2016 年 3 月以來 ,科學家一直被其中兩次偵測事件深深困擾著。最近一項論文另闢新觀點,指出這些粒子很有可能是至今都還未被證實的超對稱粒子。



由賓夕法尼亞州立大學(Penn State)天體物理學家 Derek Brindley Fox 領導的團隊發表一篇論文(尚未經過同行評審),研究數據結合了南極脈衝瞬態天線(Antarctic Impulsive Transient Antenna,ANITA)與冰立方微中子天文台(IceCube)。

南極脈衝瞬態天線是由 32 個無線電天線組成的陣列(布置成圓柱形,半徑約 3 公尺、高度約 5 公尺),藉氦氣球懸掛到約 35 公里高空處,實驗目標為收集宇宙射線中正、負電子「超光速」撞擊冰後產生的切倫可夫輻射(Cherenkov radiation)。

高能宇宙射線與地球大氣層作用後形成稱為空氣射叢(air shower)的產物,這些粒子雨軌跡被地球磁場彎曲又產生無線電波,通常來講,ANITA 會看到空氣射叢撞到冰層又反彈的無線電波。

但 2006 年時,ANITA 發現了一些奇怪的無線電波,表明某些高能粒子撞擊冰層後,粒子不像理論預測那般消亡,反而以某種方式穿過了地球;8 年後,同樣的事情又發生了一次。

為了解釋這幾次異常事件,科學家提出幾乎不與物質相互作用的惰性微中子(sterile neutrino)、暗物質產物等理論,前者在今年獲得了有力的新證據支持,有機會改寫物理學框架。

但 Derek Brindley Fox 團隊分析後認為惰性微中子的機會不大,反而可能是另一種新觀點:科學界長期以來追求的超對稱粒子(Superpartner)。根據「超對稱理論」,標準模型中每種粒子都存在一個與其對應、自旋相差 1⁄2 的超對稱粒子,英文中費米子的超粒子(sparticle)就是在每種費米子前加一個 s,所以濤子(tau)的超對稱粒子即 stau,只不過迄今為止,超對稱粒子都還沒被實驗發現。

在排除潛在的無線電干擾和其他來源後, Derek Brindley Fox 團隊相信 IceCube 曾經找到的奇怪粒子不是緲子(muon,μ)而是濤子(tau、tauon,τ),這濤子又是超費米子 stau 穿過地球的衰變物。

根據《Scientific American》報導,有些物理學家強烈反對團隊超對稱粒子的解釋,但也有些物理學家認為這可能成為粒子學新契機,只差研究團隊還需要更多數據佐證自己的論點。不管怎麼說,找到超越標準模型的證據是每個理論學家的夢想,自大型強子對撞機(LHC)檢測到希格斯玻色子以來,科學界一直在等待新的想法注入。

(首圖來源:NASA

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