摘要：中微子是已知最奇特的粒子之一，它们非常轻，每秒有数万亿个中微子穿过人体而毫无痕迹。然而，尽管它们隐形，却背负着一个让物理学家们夜不能寐的谜团——它们微小、难以察觉的质量从何而来？

最近的一项研究检验了中微子质量来自超轻暗物质的理论。

中微子是已知最奇特的粒子之一，它们非常轻，每秒有数万亿个中微子穿过人体而毫无痕迹。然而，尽管它们隐形，却背负着一个让物理学家们夜不能寐的谜团——它们微小、难以察觉的质量从何而来？

此前，一个有趣的理论提出，中微子通过与极轻的暗物质相互作用获得其微小的质量。在最近的一项研究中，研究人员使用真实世界的数据对这一想法进行了检验。他们的发现表明，中微子质量的暗起源可能不是答案。

“我们得出结论，中微子与标量暗物质的相互作用（如所提出的）不太可能是中微子质量产生的主要机制，”研究作者指出。

这一结论进一步加深了中微子之谜。现在，中微子质量更有可能来自传统物理学或新物理学，这与暗物质完全无关。

测试暗物质相互作用理论

研究人员从一个简单的理论开始他们的研究。中微子是否通过与一种由极轻粒子（小于10电子伏特，一个电子约重511,000电子伏特）组成的暗物质相互作用而获得质量？这些轻粒子很可能是玻色子，它们可能像在空间中振荡的轻柔波一样，影响经过的中微子的行为。

为了验证这一点，研究人员构建了一个理论框架，解释中微子与这种超轻暗物质相互作用时的行为。根据他们的模型，暗物质场将主要通过两种方式影响中微子。

首先是基于时间的变化，暗物质场表现得像一个缓慢移动的波，会随着时间的推移引起中微子质量的微小变化。这取决于波的频率，而频率与暗物质粒子的质量相关。

在第二种基于太空的效应中，地球上中微子探测器的位置、太阳的位置以及行星在太空中的运动都会影响中微子与振荡暗物质场的相互作用。

研究人员解释说，这些因素会略微改变中微子从一种类型振荡到另一种类型的概率（例如，从电子中微子到μ子中微子）。随后，他们将自己的预测与日本KamLAND实验的真实数据进行了比较。KamLAND实验是一座中微子探测器，多年来收集了来自自然和人工来源的精确测量数据。

通过运行模拟并将理论信号与KamLAND的观测结果进行比较，研究团队寻找任何与暗物质影响的质量起源预期模式相符的迹象。他们还利用其他中微子实验对这种方法进行了交叉验证，这些实验包括测量太阳中微子以及短基线和长基线振荡（追踪不同距离中微子的实验）。

“我们构建了一个框架，其中中微子质量的微小性源于其与暗区的相互作用，然后我们利用现有的中微子数据（包括短基线和长基线中微子振荡实验以及太阳中微子测量）严格测试了这种联系是否能够被检测到，”该研究的作者之一卢卡·维西内利（Luca Visinelli）说道。

他补充道：“我们的研究结果表明，目前的数据并不支持中微子质量来自暗区的说法。”

我们是不是已经走到尽头了？

早期将中微子质量与暗物质联系起来的理论曾让科学家们充满希望，认为发现超轻暗物质也能解开中微子质量之谜。然而，这项研究的结果否定了这一想法，并表明如果存在此类相互作用，它们应该已经在振荡数据中留下可探测的痕迹，但事实并非如此。

这让我们回到了原点。科学家们现在仍然不知道究竟是什么赋予了中微子质量。然而，尽管这看起来像是一条死胡同，但这实际上是向前迈出了一大步。

通过排除一个流行的理论，这项研究帮助科学家们缩小了可能性的范围，并将注意力集中在更有希望的方向上，或许涉及超越标准模型但与暗物质无关的新粒子或新力。

此外，随着中国朱诺号（JUNO）和美国杜恩号（DUNE）等即将开展的实验，预计将提供更精确的中微子数据，研究人员计划重新审视和改进他们的模型，以测试其他微妙的影响。他们还在研究类似的暗区相互作用如何影响其他系统，例如原子钟或量子传感器。

该研究发表在《物理评论快报》上。

来源：科学红灯区