伊利諾伊理工大學(xué)物理學(xué)家在宇宙中尋找新中微子的突破性發(fā)現(xiàn)的一部分

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(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的一員，該團(tuán)隊(duì)對(duì)第四個(gè)“無(wú)菌”中微子存在的流行理論進(jìn)行了打擊。開(kāi)創(chuàng)性的研究成果今天在費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)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(lái)，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(cè)到的地方之間會(huì)發(fā)生變化的意外跡象。一個(gè)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(wú)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(lái)自MicroBooNE進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)，這是費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室建造的一個(gè)強(qiáng)大的中微子探測(cè)器，以更好地理解中微子相互作用，對(duì)這一理論造成了重大打擊。

MicroBooNE 就像“一個(gè)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(jí)精確數(shù)碼照片，”Littlejohn說(shuō)。它使用特殊的光傳感器和超過(guò) 8,000 根連接線來(lái)捕捉中微子相互作用。Littlejohn 自 2012 年以來(lái)一直從事該項(xiàng)目，他組織了探測(cè)器電子系統(tǒng)的安裝，用于操作這些電線并從探測(cè)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(bào)告結(jié)果的分析組。來(lái)自五個(gè)國(guó)家 36 個(gè)機(jī)構(gòu)的 200 多名研究人員參與了幫助 MicroBooNE 實(shí)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(lái)處理 MicroBooNE 的圖像，以創(chuàng)建詳細(xì)說(shuō)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(shí)驗(yàn)中缺失的關(guān)鍵信息。

“如果之前的實(shí)驗(yàn)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(méi)有看到任何新的和瘋狂的東西，”利特爾約翰說(shuō)。“那個(gè)新的中微子要么不可能存在，要么看起來(lái)與人們預(yù)期的不同。”

雖然數(shù)據(jù)沒(méi)有揭示第四個(gè)中微子的證據(jù)，但它仍然不能解釋之前中微子物理實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)器將于明年在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)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(gè)地方。否則，例如，我們不會(huì)看到所有這些表明存在暗物質(zhì)的證據(jù)，” Littlejohn 說(shuō)。“我們?cè)谟钪嬷锌吹降陌滴镔|(zhì)與我們可以在地球上的高能物理實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(duì)一起工作。學(xué)生們。一種用于處理來(lái)自 MicroBooNE 的精美 3D 圖像的開(kāi)發(fā)算法。Littlejohn 說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)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(duì)圖像進(jìn)行深入、有效的分析，這是肉眼或傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)科學(xué)工具無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 .作為一名粒子物理學(xué)家，Littlejohn 說(shuō)他喜歡使用實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)找出宇宙中哪些是真實(shí)的，哪些是不真實(shí)的。

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