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粒子与相互作用

粒子与相互作用

IceCube中的神秘高能事件可能是Tau中微子

02 Jul 2018
IceCube事件
充满活力:IceCube中2.6 PeV事件收集的光的可视化。该图像显示了组成检测器阵列的光电倍增管的垂直串的一部分。 (礼貌:IceCube协作)

IceCube中微子天文台 根据一项新的分析,可能检测到了具有约100 PeV的极高能量的tau中微子 马修·奇斯勒 在斯坦福大学和 兰詹·拉哈(Ranjan Laha) 在德国美因茨的约翰内斯·古腾堡大学就读。该检测是在2014年进行的,可以窥见迄今为止未知的天体物理过程。

位于 阿蒙森斯科特南极站,IceCube检测器是一个阵列,其中包含成千上万个光检测器(光电倍增管),这些光检测器遍布于南极一立方公里的冰中。有时,中微子会与冰中的原子碰撞并产生带电的轻子(电子,介子或tau),其运动速度快于冰中的光速。这将在冰上创建切伦科夫光的轨迹,该轨迹被探测器阵列拾取。通过研究轨迹,IceCube物理学家可以算出中微子的能量及其进入探测器的轨迹。

中微子具有三种不同的风味(电子,介子或tau),这决定了碰撞中会产生哪种类型的轻子。 IceCube物理学家的一个重要挑战是区分三个轻子,这并不总是那么简单。

长路

2014年6月,IceCube看到了带电轻子发出的光,该光子在探测器中沉积了2.6 PeV,这是在探测器中从未见过的巨大能量。最初,物理学家认为该事件是由具有至少10 PeV初始能量的μ中子引起的。 Muons负责IceCube以前测量的大多数轨道,主要是因为这些轻子具有创建Cherenkov光的长轨道的理想特性。但是,IceCube看到的先前的最大μ子中微子能量约为2 PeV-在高达10 PeV的能量上留下了神秘的缺口。

写在 体检信, 奇石乐和拉哈(Lahaha)认为,该信号不太可能与已知的天体物理过程所产生的μ子中微子有关。他们还计算出,该事件很可能是由tau中微子引起的。tau中微子是18年前在费米实验室发现的一种难以捉摸的粒子。 Tau轻子寿命很短,这意味着它们通常会在IceCube中创建长轨道之前衰变。然而,奇石乐和拉哈(Laha)认为,由中微子产生的能量约为100 PeV的tau轻子可能会离开这种轨道。

新流程

如果事实证明是正确的,它可能会打开一个新的高能天体物理过程的窗口,新的高能天体物理过程会产生这种高能的tau中微子。“假设是这种情况,” Laha说,“这开辟了完全出乎意料的可能性,即天体物理学应该开始寻找能量高达100 PeV的中微子”。

奇石乐和拉哈计划计划更紧密地研究2014年的事件,并希望开发新的方法来根据其各自的轨迹识别不同的带电轻子。

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