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从中国到南极：共同解决中微子质量难题

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现代物理学中最有趣的问题之一是中微子质量阶的确定。来自美因茨约翰内斯·古腾堡大学（JGU）的PRISMA +卓越团队的物理学家在一项新研究中起着主导作用，该研究表明，在未来几年内中微子质量的定律可以最终解决。这要归功于两个新的中微子实验的联合实施，这两个中微子实验正在中国南极冰山立方体实验和江门地下中微子观测站（JUNO）的开发现代化中。不久，它们将使物理学家可以访问有关中微子质量阶数的更为敏感和互补的数据。

中微子是基本粒子中的变色龙。


中微子是自然产生的，例如太阳的肠子或其他天文物体，以及核电厂产生的大量中微子。但是，它们可以不受阻碍地穿过普通物质（例如人体），而不会留下任何痕迹。这意味着需要极其复杂的方法，这些方法需要使用大型检测器来观察涉及这些“鬼粒子”的随机稀有反应。

有三种不同类型的中微子：电子中性子，中子微子和tau中微子。它们可以从一种类型变化到另一种类型，科学家将该现象称为“中微子振荡”。颗粒的质量可以通过观察振动模式来确定。多年来，物理学家一直试图确定三种中微子中哪一种最轻，哪一种最重。 PRISMA +卓越集群的物理学家Michael Wurm教授在中国进行JUNO实验起着重要作用。中微子领域。然后，我们希望利用这些数据，一劳永逸地找出为什么物质和反物质在大爆炸之后没有完全相互摧毁。”

全球合作有利可图


两种大型实验都使用了非常不同且互补的方法，以解决中微子质量有序的难题。“明显的方法是将两个实验的预期结果结合起来，” PRISMA +团簇的塞巴斯蒂安·贝泽尔教授说，他也是中微子研究者，也是IceCube实验的主要参与者之一。

说到做到。 IceCube和JUNO合作的研究人员在《 Physical Review D》杂志上发表了对他们实验的联合分析。为此，作者根据每个实验的测量时间对预测的实验数据进行建模。结果取决于中微子质量是正常还是反向（反转）顺序。然后，物理学家进行了统计测试，他们对这两个实验的模拟结果进行了组合分析。这揭示了两个实验结合起来可以预测正确顺序或消除错误顺序的敏感度。由于在JUNO和IceCube中观察到的振荡模式以每种实验特定的方式取决于中微子质量的实际顺序，组合测试的判别能力明显高于单个实验结果。因此，这种结合将最终消除在三到七年的测量期间中微子质量的错误排序。

塞巴斯蒂安·贝泽总结说：“在这种情况下，整体确实大于其各个部分的总和。” “在解决剩余的中微子难题时，我们在这里有明确的证据证明补充实验方法的有效性。” “无论是对IceCube，JUNO还是当前推出的任何其他产品的更新，任何实验都无法单独实现这一目标，” Michael Wurm补充道。“此外，它仅显示了物理学家通过共同努力可以实现的目标。”

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