18新利最新登入深地下中微子实验将如何工作

800英里(1287公里)的岩石对中微子来说无关紧要。这些奇怪的亚原子粒子是费米子，它们质量很低，电荷为零。他们在靠近的地方旅行光速(因为它们是已知存在的质量最低的粒子)，与正常物质的相互作用非常弱。它们充斥着我们的宇宙，穿过沿途的一切，无论是我们还是绵延数英里的岩石。

18新利最新登入如果这些东西如此阴森，科学家怎么知道它们的存在呢?这就是建筑物大小的低温探测器发挥作用的地方。DUNE将维持两个地下探测器，一个将在费米实验室源附近(称为“近探测器”)，另一个将驻留在SURF的一个巨大设施中(“远探测器”)。在对费米实验室的设施进行升级后，世界上最高强度的中微子束将被引导穿过近端探测器，并与远端探测器相交。远端探测器由四个巨大的低温冷却液氩罐组成。18新利最新登入它到底有多大呢?每辆坦克将有六层楼高，一个足球场那么长，载重量为18739吨(17000公吨)的过冷液氩。

氩是怎么回事?好吧,中微子是弱相互作用，但它们确实相互作用偶尔直接击中物质中的原子核。因此，通过将非常强的中微子束对准足够大的超纯氩气罐，非常小比例的幽灵粒子将纯粹偶然地击中氩气原子。当碰撞发生时，容器内的超灵敏探测器会注意到闪光(称为闪烁)，然后就可以研究相互作用了。但由于这些探测器非常敏感，相互作用非常小，中微子探测器通常被深埋在地下，以保护它们免受宇宙射线和其他辐射的干扰，如果它们暴露在地表，这些辐射会造成严重破坏。

这些弱相互作用可以让我们看到新的物理学，并将促进我们对量子物理学中最不为人知的粒子之一的理解。

科学家们喜欢中微子有很多原因。这里有一个:它们提供了我们和太阳核心之间的直接联系。在核聚变过程中，会产生中微子和高能光子。当光子与密集的太阳等离子体碰撞时，光子会被吸收，然后以较低的能量重新发射出去(这个过程可以重复长达一个小时)数百万年在太阳核心的能量最终以我们所看到的光的形式发射出来之前)，但中微子将直接从太阳核心发射出去，穿过密集的等离子体，在大约分钟。所以，如果物理学家想知道太阳中心的聚变环境现在，他们将转向太阳中微子。

但是太阳中微子有一个神秘的变化。

据我们所知，中微子有三种“口味”——电子中微子、μ子中微子和τ中微子——以及它们的反粒子。当中微子传播时，它们会在三种味道之间“振荡”，就像变色龙会随着周围环境的颜色而改变颜色一样。

然而，太阳只能在其核心产生电子中微子，所以当物理学家在20世纪60年代开始使用第一批超灵敏探测器探测这些微小的幽灵时，他们探测到的18新利最新登入中微子比理论预测的要少得多。在诺贝尔奖获奖作品，物理学家终于找到了原因。事实证明，由太阳聚变产生的电子中微子自然地在中微子口味——电子、μ子和τ之间振荡。由于探测器只能观测到电子中微子，μ子和τ中微子无法被探测到。太阳电子中微子并没有异常缺乏——它们只是在到达探测器时改变了味道。

这就把我们带回到《沙丘》。我们需要在地球上做一个像《沙丘》这样的对照实验来了解这些味道的变化。在实验过程中，费米实验室的粒子加速器产生的中微子一旦被送到南达科他州的改造金矿，它们的味道就会被测量出来。SURF接收到的中微子可以与发送的中微子进行比较，从而对中微子的量子性质有了新的认识。科学家们将精确测量这些中微子的质量。他们甚至可能发现除了已知的三种口味之外的其他中微子。

DUNE将远远超出研究中微子振荡的范围。它可以帮助我们理解这个不小的谜团18新利最新登入我们的宇宙是如何存在的。这听起来像是一个哲学困境，但我们的宇宙主要由物质而不是反物质组成的事实是其中一个最大问题笼罩着现代科学。

在大约138亿年前的大爆炸中，物质和反物质应该是等量产生的。当然，我们都知道当物质和反物质相遇时会发生什么——它会爆炸，或者湮灭，只留下能量。所以，如果大爆炸确实产生了等量的物质和反物质，那么这里就什么都没有了。

我们在这里的事实意味着宇宙产生的物质略多于反物质，所以当宇宙诞生时所有的湮灭发生时，物质胜出，反物质变得极其罕见。这意味着一些基本的物理定律在大爆炸中被打破了，物理学家称这个难题为电荷宇称对称性的违反。CP违反“像大型强子对撞机这样的粒子加速器可以测试为什么大自然更喜欢物质而不是反物质，DUNE也会这样做，通过实验中微子和它们的反物质伙伴，反中微子。

费米实验室生产设施的中微子束预计将在2026年投入使用，最终DUNE探测器的建造预计将在2027年完成。我们很有希望再次发现类似希格斯粒子的粒子。