圖片來源：Martin Wolf, IceCube/NSF
當物理學家從宇宙中一個不太可能的方向檢測到高能中微子信號時，自然而然地會去尋找一個強大的來源來解釋它。
科學家們這些更活躍的「幽靈」粒子最可能的起源進行深入研究，現在卻空手而歸，這為更奇特的推測打開了大門，這些奇怪的信號背後可能隱藏著什麼?
通過冰立方中微子搜尋實驗7年來的數據，來自世界各地的一大群研究人員現在不得不承認，對這一發現的傳統解釋看起來相當站不住腳。
中微子是基本粒子標準模型中的類電子粒子。與電子不同，它們的質量小得出奇，而且不帶電荷。
這種纖細的中性意味著中微子不願意停下來與其他粒子交談。在太陽內部深處的原子衰變，每秒鐘都有大量的粒子穿過地球，只有一小部分粒子接近原子而引起明顯的反應。
為了捕捉到中微子撞擊冰凍水分子的罕見閃光瞬間，冰立方天文台使用了長串埋在南極冰層下的敏感光捕捉設備。
近十年來，它每天記錄數百次閃光，建立了一個龐大的信息資料庫，記錄著中微子撞擊地球的方向和能量。
但這不是唯一的行動。NASA的南極脈衝瞬變天線(ANITA)懸掛在一個氦氣球上，從南極上空近40公里的高度捕捉到高能中微子撞擊大氣原子的跡象。
對於ANITA來說，現在還為時過早，但在過去幾年裡，它的頭幾次飛行已經成功地發現了一些高能粒子的跡象。奇怪的是，有兩個信號不是來自天空，而是來自地球本身。
對於一個剛從太陽上「下凡」的懶惰的中微子來說，這並不奇怪。但在ANITA記錄的這種能量下，中微子以高得多的速度與我們星球的原子結合，幾乎沒有受到任何影響的。
美國威斯康星大學麥迪遜分校的天體物理學家Alex Pizzuto說:「人們常說，中微子是『難以捉摸的』或『幽靈般的』粒子，因為它們具有非凡的能力，在穿過物質時不會撞到什麼東西。」
「但在這些令人難以置信的能量下，中微子就像鬥牛場上的公牛——它們更有可能與地球上的粒子相互作用。」
要找到一對「積極」的中微子，讓它一路穿過地球，需要某種解釋。
當然，它們可能只是非常罕見的例子的偶然發現。如此巧合併非不可能。但更有可能的是，探測到的粒子是作為一個巨大群體的一部分撞擊地球的。
高能中微子往往是在宇宙射線和原子核的相互作用中產生的，然後再被宇宙深處的強磁場強力推動。
正因為如此，研究人員計算出了需要多少高能中微子才能有絕佳機會讓ANITA發現它們，並從冰立方的數據進行挖掘，找出可能導致大量中微子產生的統計數據。
瑞士日內瓦大學的物理學家阿納斯塔西婭·巴爾巴諾說:「這個過程使冰立方成為ANITA觀測後續的一個出色工具，因為ANITA探測到的每一個異常事件，冰立方都應該探測到更多的異常事件。」
「在這種情況下，我們沒有這麼做。」
那麼，現在該怎麼辦呢?
首先，值得記住的是，即使是資金最充足的專業實驗也可能出錯。
不到十年前，人們還對發現中微子比光速還快的可能性感到興奮不已……這個發現經過了長時間的測試，才被發現極有可能是個錯誤。
這些新發現目前可以在預印本網站arXiv.org上找到，並正提交給《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal)審查。
但是，即使是現在，我們仍然可以考慮一些誘人的可能性，甚至敢於想像現有物理學之外的解釋。
「我們的分析排除了對ANITA異常事件的唯一標準模型天體物理學解釋。」Pizzuto說。
「所以現在，如果這些事件是真實的，而不只是出於探測器的古怪，那麼它們可能指向標準模型之外的物理學。」
一種可能性是，宇宙加速器以極短的時間尺度釋放出大量中微子，以至於科學家們無法用當前的技術捕捉到它們。
如果我們想得再大膽瘋狂點，我們甚至可以思考是不是暗物質發揮了作用，或者設想一種新的粒子，它的作用類似於高能中微子，但以其他方式產生。
這其中的回答有許許多多，現在我們對中微子秘密的探索仍處於初級階段。有這麼多東西要學，很多希望寄托在中微子上，它能讓我們深入了解可能導致新物理學誕生的重大奧秘。
冰立方和ANITA無疑會尋找更多這種令人困惑的高能「幽靈粒子」，以期突破物理學的極限。
預印本論文可以在arXiv.org上找到。
原文來源：https://www.sciencealert.com/standard-physics-has-been-ruled-out-for-neutrino-like-particles-slipping-through-our-planet