每秒钟，有 100 万亿个被称为中微子的幻影般的小粒子穿过你的身体。它们几乎全部直接穿过你的皮肤，完全不发生相互作用。它们的“害羞”使得物理学家尤其难以探测到这些粒子。
但在过去的几十年里，中微子物理学领域一直面临着新的挑战。
在一项在俄罗斯高加索山脉深处进行的实验中，物理学家们发现了进一步的证据——发表在 6 月 9 日的 两篇 论文中——表明目前中微子理论的一部分似乎出了问题。如果他们是正确的，这可能会揭示一种前所未见的新型中微子，它比我们已知的更难以捉摸——并且可能解释为什么我们看不到 构成我们宇宙很大一部分的暗物质。
“在我看来，这可能是中微子物理学中最重要的成果之一，至少在过去五年里，”在德克萨斯大学阿灵顿分校任职、未参与此实验的中微子物理学家 Ben Jones 说。
行为异常的中微子
就像来自另一个维度的生物一样，中微子很少与周围的物质发生相互作用。它们没有电荷，不受电磁力的影响。它们也不参与强核力，而强核力有助于将粒子束缚在原子核的中心。
但是中微子确实参与弱核力。根据构成现代粒子物理学基础的理论框架——标准模型——弱核力负责某些类型的放射性衰变。
我们在地球上观察到的大部分中微子都来自于太阳中的放射性过程。为了观察它们，科学家们依赖于位于海底或 埋藏在地壳深处 的中微子天文台。要判断中微子探测器是否正常工作并不容易，因此物理学家可以通过将某些同位素——如铬-51，他们对其中微子排放量了如指掌——放置在附近来校准他们的设备。
然而，随着中微子物理学在 20 世纪 90 年代势头日增，研究人员注意到了一些奇怪的现象。在一些实验中，当他们校准探测器时，他们发现的中微子数量比理论粒子物理学预测的要少。
例如，1997 年，在美国和俄罗斯的科学家在 新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室 设置了一个装满镓的罐子。镓是一种在温暖的夏日会呈现液态的金属。当探测到中微子撞击镓时，镓原子会吸收这些粒子。这个过程将镓转化为一种更固态的金属——锗，这是一种反向的放射性衰变。物理学家通过测量锗来追踪有多少中微子穿过罐子。
但是，当洛斯阿拉莫斯团队用铬-51 测试他们的系统时，他们发现了过多的锗——换句话说，就是太少的中微子。这个亏缺被称为“镓异常”。
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从那时起，专家们一直在研究镓异常，并提出了一个初步的解释。粒子物理学家知道中微子有三种“味”：电子中微子、μ子中微子和 τ 子中微子，它们在量子世界的运行中扮演着不同的角色。在某些情况下，可以观察到中微子在不同味之间切换。这些切换被称为“中微子振荡”。
这引出了一个有趣的可能——在镓异常中丢失的中微子可能是因为它们转化成了另一种隐藏的味，这种味对物理世界更不敏感。物理学家为这个类别命名：惰性中微子。
惰性中微子的故事仅仅是一个想法，但它得到了支持。大约在同一时期，在 洛斯阿拉莫斯 和芝加哥郊区的 费米实验室 等地方的物理学家开始直接观测到中微子振荡。当他们这样做时，他们发现了每种味中微子实际出现的数量与预期的数量之间存在差异。
“要么是某些实验错了，”琼斯说，“要么是发生了更令人兴奋和奇怪的事情，而这种事情有不同的信号。”
寻找惰性信号
那么，这种惰性中微子会是什么样子呢？“惰性”这个名字，以及物理学家尚未通过常规渠道探测到它们的事实，都表明这类粒子也避开了弱核力。这就只留下了一种它们可以与环境相互作用的方式：引力。
在中微子所处的亚原子尺度上，加上它们微小的质量，引力极其微弱。惰性中微子将极其难以探测。
这种情况一直持续到 21 世纪。由于这些异常现象过于不一致，物理学家们无法确定它们是否构成了惰性中微子。一些实验发现了异常；另一些则没有。所有实验加在一起似乎描绘了一幅间接证据的图景。“我认为很多人都是这样看的，”琼斯说。“我当时也是这么看的。”
因此，物理学家们创建了一个全新的天文台来检验洛斯阿拉莫斯镓异常。他们将其命名为 Baksan 惰性转换实验，或者遵循物理学界惯用的缩写传统，BEST。
该天文台坐落在一个位于俄罗斯卡巴尔达-巴尔卡尔共和国巴克桑河下方一英里多深处的隧道中，与格鲁吉亚隔山相望。在那里，在 俄罗斯入侵乌克兰给当地科学界带来混乱 之前，一个由国际粒子物理学家组成的团队重建了洛斯阿拉莫斯镓实验，专门寻找丢失的中微子。
BEST 再次发现了异常，探测到的锗含量比预期低 20% 到 25%。洛斯阿拉莫斯国家实验室的粒子物理学家、BEST 实验的合作者史蒂夫·埃利奥特（Steve Elliot）在 6 月初的一份声明中 表示。“这确实再次确认了我们在之前的实验中看到的异常。但这意味着什么，目前还不清楚。”
尽管结果令人满意，但物理学家们并没有得意忘形。BEST 只是一个实验，它并不能解释所有曾归因于惰性中微子的不一致之处。（其他分析 认为费米实验室的结果 不可能是惰性中微子的迹象，尽管它们没有提供其他解释。）
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但是，如果科学家们在其他场景中发现类似的证据——例如，在 位于南极冰盖下的 IceCube 中微子实验，或者在其他专门为 寻找惰性中微子 而设计的探测器中——那么这将提供真实而令人信服的证据，表明有东西存在。
如果 BEST 的结果成立——并且得到其他实验的证实——这仍然不意味着惰性中微子是造成异常的原因。可能存在其他未被发现的粒子，或者整个不一致性可能是一些奇怪而未知的过程的印记。然而，如果惰性中微子的想法是真的，它将打破一些世界上最小的物体背后的最大理论。
“这不仅将是超越标准模型物理学的真实证据，还将是真正新颖且未被理解的物理学的证据，”琼斯说。
简单来说，如果惰性中微子存在，其意义将远远超出粒子物理学。惰性中微子 可能构成了我们宇宙中大部分的暗物质，暗物质的质量是我们可见物质的六倍多——而我们仍然不了解它的组成。
