超越物理学标准模型，发现超高能事件，是研究中微子的关键！

圣路易斯华盛顿大学的物理学家提出了一种方法：可以利用超高能中微子来研究超越粒子物理学标准模型的相互作用。“Zee Burst”模型利用了来自大型中微子探测器的新数据，如南极洲的冰立方中微子天文台及其未来扩建项目。布帕尔·德夫(Bhupal Dev)是艺术与科学物理学助理教授，也是发表在《物理评论快报》期刊上新研究的作者，他说：中微子继续引起了我们的兴趣，并拓展了想象力。

这些‘幽灵粒子’（中微子）在标准模型中是最不被理解的，但它们掌握着了解未来研究的关键。华盛顿大学麦克唐奈空间科学中心(McDonnell Center For The Space Sciences)成员德夫说：到目前为止，冰立方的所有非标准相互作用研究都只集中在低能大气中微子数据上。“‘Zee Burst’机制提供了一种新的工具，可以利用冰立方的超高能中微子探测非标准相互作用。

超高能事件

自从20年前发现中微子振荡并获得2015年诺贝尔物理学奖以来，科学家们在理解中微子属性方面取得了重大进展，但仍有许多问题没有得到回答。例如，中微子的质量如此之小，这一事实已经要求科学家考虑标准模型之外的理论。在这样的理论中，中微子在传播过程中可能会与物质发生新的非标准相互作用，这将对未来的精确测量产生至关重要的影响。2012年，冰立方合作报告了第一次观测到来自地外来源的超高能中微子。

这为研究尽可能高能量的中微子属性，打开了一个新的窗口。自从这一发现以来，冰立方已经报告了大约100个这样的超高能中微子事件。科学家们立即意识到，这可能会提供一种寻找奇异粒子的新方法，比如超对称伙伴和重子衰变暗物质。在过去的几年里，研究人员一直在寻找，在不同能量尺度上寻找新物理信号的方法。所有这些研究遵循的共同策略是：在观察到的事件谱中寻找异常特征，然后这可以被解释为新物理的可能迹象。

最壮观的特征将是共振：物理学家见证了在狭窄能量窗口中事件的戏剧性增强。研究人员把时间花在思考新的场景上，这些场景可能会产生这样的共鸣特性，这就是目前这项研究想法的来源。在标准模型中，超高能中微子可以在共振时产生W玻色子。根据在2018年中微子会议上公布的初步结果，这个过程被称为格拉斯豪共振，已经在冰立方看到了。新研究提出，由于新的光、带电粒子可以诱导出类似的共振特征，这为探测非标准中微子相互作用提供了一种新的方法。

突然出现在中微子场景中

研究的合著者俄克拉荷马州立大学的Kaladi Babu认为“Zee”模型是他们研究的原型，“Zee”模型是辐射中微子质量产生的一个流行模型，这个模型能带电标量轻到质子质量的100倍。这些带电的轻量级“Zee”标量，可能会在冰立方中微子天文台的超高能中微子事件谱中，产生类似Glasshow的共振特征。由于新共振涉及“Zee”模型中的带电标量，所以决定将其称为“Zee Burst”。华盛顿大学的隋逸聪和俄克拉何马州立大学的苏迪普·贾纳都是物理学研究生，也是这项研究的合著者。

他们进行了广泛的事件模拟和数据分析，表明使用冰立方数据可以检测到这样的新共振。需要至少四倍于当前暴露的有效曝光时间，才能足够灵敏地检测到新的共振，因此对于目前的IceCube设计来说，这大约是30年，但IceCube-Gen 2只有3年。所以拟议中的IceCube下一代扩展，探测器体积为10千米。这是在冰立方上寻找新带电标量的有效方法，与在大型强子对撞机上直接搜索这些粒子是相辅相成的。

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博科园｜研究/来自：圣路易斯华盛顿大学

参考期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.041805

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