地下1500米巨型实验室揭晓支配宇宙神秘规则(2)

虽然大卫观测了太阳中微子，但是他仅看到自己预期的三分之一，尽管这可能是一个错误的测量或者预测，但后续实验表明，他的测量是正确的。差异的原因可能是中微子在传输状态中持续衰减，但事实证明，这并不是真正的答案。另一种可能性是中微子可以从一个变体演变至其它的变体，这种变体过程叫做“中微子振荡”，因为中微子可能从一种类型变形至另一种，并再次转变成最初类型。在1998至2001年之间的一系列实验中，科学家证实了中微子振荡的存在。

神秘的反物质

中微子振荡的发现将有助于科学家更好地理解这一现象，这些信息知识很容易通过使用粒子加速器获得，在美国、欧洲和日本，科学家能够产生中微子束，最强大的中微子束形成于费尔米国家加速器实验室。在美国明尼苏达州北部矿坑进行一项叫做“主射中微子碰撞搜索(MINOS)”的早期实验中，费尔米国家加速器实验室朝向MINOS探测器发射中微子束穿过地球(中微子很少相互作用，所以没有隧道，中微子几乎能够贯穿地球)。

MINOS实验从2005年运行至2016年，一项叫做“NuMI离轴中微子外观(NOVA)”的后续实验于2014年开始，这个遥远的探测器位于明尼苏达州的灰河。因此，费尔米国立加速实验室自然地成为释放中微子至DUNE的实验室，此次实验室设置在南达科塔州，而不是明尼苏达州。

为什么科学家希望建立DUNE实验室呢?当然，DUNE实验室能够更好地描述中微子振荡的特性，但是这里存在一个问题非常吸引人。费尔米国立加速实验室能够同时制造中微子和反物质中微子，并且DUNE实验室可以同时使用这两组数据研究物质和反物质中微子的振荡特性。依据科学家的预测，这两种振荡是相同的，目前DUNE实验室可以验证这一情况。

为什么物质和反物质中微子存在着振荡差异呢?可以使用“标准模型”来解决这个问题，标准模型表明，我们可以转换能量至物质，反之亦然。但是当能量转换成为物质，将形成大量的反物质，在宇宙大爆炸时会产生大量能量，因此我们的宇宙应当包含相同数量的物质和反物质，但是为什么仅剩下物质，我们却并不知晓。

1956年科学家吴健雄的实验表明，弱核力法则支配着我们宇宙中的物质，支配着一个镜相宇宙中的反物质。因此它们的差异可能证实物质和反物质中微子碰撞的差异性。如果科学家观测到这些振荡的不对称性，很可能揭示了物质-反物质的不对称性。

DUNE实验室还具有其它的功能，例如：能够探测到银河纱和邻近星系中超新星释放的中微子。同时，它可用于搜寻中子星合并时暴力天文事件释放的中微子，或者可以揭晓关于黑洞的交互作用。

同时，DUNE实验室还将搜寻质子衰变，标准模型预测质子非常稳定，并且不会发生衰变。通过实验我们知道如果质子发生衰变，其半衰期将比10^34年更长。然而，一些最新理论延伸了标准模型的预测结果，在时间尺度上，质子衰变时间可能仅比当前极限略长一些。因此，如果DUNE实验室观察到了质子衰变，这将有助于我们更加深刻地理解宇宙，同时，观察到的质子衰变能量将高于大型强子对撞机获得的数据，大型强子对撞机是世界上最强大的高能粒子加速器。

DUNE实验室被认为是美国未来几十年的“旗舰实验室”，大量的国际合作专家将对实验室获得的数据进行分析，观察是否中微子将出乎人们的意料之外，如果这是真实可能的，它不会是第一次令我们感到吃惊。

文章来源：《分析试验室》 网址: http://www.fxsys.cn/zonghexinwen/2020/0922/409.html