超高能微中子偵測事件差異，是否涉及新物理現象？

埋於深海的 KM3NeT 望遠鏡去年探測到能量高達 220 PeV 的高能微中子，但另一個大型微中子天文台 IceCube 卻未能觀測到類似微中子事件，其中可能暗示存在新物理學，來自未包含在標準模型的新型微中子或非標準相互作用。

和 KM3NeT 望遠鏡相比，IceCube 微中子天文台的數據收集週期更長，且採集有效面積較大，但為何 KM3NeT 探測器探測到有史以來已知最高能宇宙微中子 KM3-230213A，IceCube 卻毫無動靜？

奧克拉荷馬州立大學團隊試圖以統計方法量化 IceCube 未偵測到任何類似事件可能性多大，研究哪些超出標準模型的新物理機制能解決兩者觀測不平衡情況。

論文第一個問題是：KM3NeT、IceCube 最大區別為何？答案是深度。抵達 KM3NeT 望遠鏡的微中子訊號可能需穿越約 150 公里的岩石及海水，但抵達 IceCube 的路徑僅須穿越約 14 公里南極冰層，這種差異表明，新物理學與微中子傳播過程物質反應機制有關。

研究人員將注意力集中在假想惰性微中子，調查地球內部存在物質的前提下，微中子振盪使惰性微中子轉為活性微中子可能性，並考慮涉及惰性微中子的 2 種理論模型：物質引起的共振模型、非對角非標準交互作用模型，兩者都能透過新物理作用解釋檢測到的超高能微中子事件。

如果存在惰性微中子，高能微中子在穿越極長距離時「味」的混合比例會因與惰性微中子振盪而偏離標準模型預測；此外，高能微中子穿越地球若與地核物質發生特定共振交互作用（可能涉及惰性微中子或暗物質），也會改變觀測到的訊號。

研究人員強調，IceCube 天文台異常缺乏超高能微中子事件數據，可能已暗示極高能量領域存在新物理現象；其次，任何能解決此異常的機制，都取決於微中子被檢測前穿過的物質量差異，代表必定與物質誘發的效應有關。

團隊下一步計畫繼續研究 100 PeV 或更高能量的物理現象，釐清極端能量惰性微中子與活性微中子味之間的聯繫，以及哪些類型天體源可能產生高能惰性微中子。

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（首圖來源：AI 生成）

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