20世纪90年代，一项研究中微子的实验发现了一些奇怪的现象:探测器中出现了太多的粒子。2002年科学家们开始另一个实验弄清楚发生了什么那次试验也得到了令人惊讶的结果——不过是以一种不同的方式。然后在2015年进行了第三次实验。上周公布的测量结果并没有解决任何一个难题，只是增加了谜团。

所有的项目都看过了中微子——自然界中最丰富的粒子，除了光子(光的粒子)。这些微小的、不带电的粒子，以及超新星和其他宇宙事件，从太阳中流出，每秒钟大约有一万亿个粒子穿过你的手。已知中微子有三种类型，即电子中微子、介子中微子和中微子。但许多科学家希望第四种类型惰性中微子”将会出现。如果它们存在，惰性中微子可以帮助解决物理学中的几个谜题，比如为什么中微子有质量当时的理论预测它们不应该存在，弥漫宇宙的不可见暗物质是由什么组成的。早期实验中令人困惑的多余粒子让研究人员兴奋不已，因为它们看起来像是惰性中微子干扰正常中微子味道的可能迹象。

这种假定的中微子被称为“无菌”中微子，因为它们只会通过重力与其他粒子相互作用，而已知的三种类型的中微子也可以通过弱力相互作用。但它们可能会影响其他中微子，因为这些粒子都有一个奇怪的特性:能够“振荡”，也就是改变味道．例如，一个以电子中微子开始的粒子，可以变成tau或μ子中微子，反之亦然。通常，这种转变发生在中微子移动到一定距离时，但在洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁中微子探测器(LSND)及其后续的实验中，这种转变似乎发生得更快，位于伊利诺斯州巴达维亚的费米国家加速器实验室(Fermilab)的微型中微子助推器实验(MiniBooNE)。科学家们认为介子中微子可能会振荡成惰性中微子，然后再振荡成电子中微子，这个过程可能比简单的介子到电子的味道转换要快。

精密的观点

最新的发现来自MiniBooNE的继任者，也在费米实验室的MicroBooNE实验。那里的物理学家会产生一束介子中微子，并将它们发射到470米外的探测器上。探测器是一个装满了170吨纯液态氩的大桶，等待着捕捉正在撞击其中一个氩原子原子核的中微子。这种碰撞极其罕见，唯一的迹象是相互作用产生的次级粒子。

10月27日，科学家们宣布了MicroBooNE的结果，称他们没有看到MiniBooNE观测到的过量迹象。“是的，这有点奇怪，”MicroBooNE的联合发言人、耶鲁大学的邦妮·弗莱明说。早期的实验发现了看起来像电子或光子的额外粒子，尽管他们不能证实任何一种可能性。然而，MicroBooNE可以更精确地观察粒子在探测器中的运动方向和它们沉积的能量。弗莱明说:“这意味着我们可以分辨出某物是电子还是光子。”“这项实验的真正成功之处在于，这项技术非常有效。”然而，MicroBooNE的科学家们相当确定，在他们观察过的所有地方都没有多余的电子或光子，这降低了对某些类型的惰性中微子的希望。如果μ子中微子能迅速转化为惰性中微子，然后转化为电子中微子，那么电子就会出现在MicroBooNE上。(探测器离它的源还不够远，不会发生介子-中微子到电子-中微子的振荡。)

但如果没有额外的电子或光子，那么LSND和MiniBooNE看到的剩余粒子是什么呢?一种选择是，无法解释的中微子碰撞实际上并没有在这两种情况中发生在MiniBooNE的实验中，研究人员只是错过了实验探测器内部的一些干扰。欧洲核子研究中心(CERN)的理论物理学家约阿希姆·科普(Joachim Kopp)说:“也许关于这个探测器还有一些尚未完全了解的地方。”欧洲核子研究中心是日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室，也是德国美因茨约翰内斯古腾堡大学(Johannes Gutenberg University Mainz)。“但我认为这是极不可能的——这些人都是高技能人士。”

其他人也同意。西北大学理论物理学家André de Gouvêa说:“探测器不太可能存在校准错误。”“必须有一种新的电子或光子来源，或者看起来像电子或光子的东西。”他说，也许还有更复杂的事情在发生。介子中微子不是先振荡成惰性中微子，然后再振荡成电子中微子，提供介子中微子的中微子源也可以产生更重的惰性中微子——或其他新粒子。这些粒子可能会衰变成其他的东西——例如，一个普通的中微子和一些奇异的东西，比如“暗光子”(一种普通光子的表亲，理论化但从未被发现)。如果这个过程发生，它将产生一个电子和它的反物质伙伴，一个正电子，它将以不同于普通电子的信号出现。MicroBooNE还没有寻找这样的配对。

对物理学家来说，惰性中微子仍然是一个有吸引力的前景。它们很可能是试图解释中微子为什么有质量的理论的副产品。它们还可以帮助解释暗物质是什么。某些类型的惰性中微子可能是暗物质本身的候选者，或者它们可能是“黑暗区域”的一部分，在这个区域中，暗物质粒子可能与惰性中微子有关，或者衰变为惰性中微子。“如果你问(物理学家们)，‘你认为存在惰性中微子吗?’我想每个人都会说这很有道理，”de Gouvêa说。“但问题在于细节。它是重的还是轻的，容易看还是很难看?”

弄清楚中微子实验中发生了什么可能是回答这些更大问题的第一步。“这真的很有趣，因为所有明显的可能性现在都被测试过了，”科普说。“好消息是:我们有工具进行进一步调查，希望能一探究竟。”

前方有什么

MicroBooNE是费米实验室一个更大的中微子项目的一部分，该项目被称为短基线中微子(SBN)计划，其中包括三个液体氩中微子探测器，分布在距离中微子源不同的距离。另外两个探测器是短基线近探测器(SBND)，距离震源仅110米，更远的ICARUS T600探测器，距离600米。位于中部470米的MicroBooNE首先开始收集数据，ICARUS和SBND将分别于今年和2023年开始收集数据。

SBND联合发言人、费米实验室的Ornella Palamara说:“我们的计划是做一个更具包容性的测量，以更全面的方式观察允许参数的可能区域。”例如，如果对MiniBooNE结果的正确解释是惰性中微子，那么，除了电子中微子的出现，科学家们还会在远探测器上看到相应的介子中微子事件消失，因为这些粒子远离了中微子源。Palamara说:“这就是SBN多探测器项目的优势，单台探测器是做不到的。”“我们能做的还有很多，MicroBooNE的这些分析只是个开始。”

科学家们说，最近MicroBooNE分析技术的复杂性预示着未来的前景。“这是非常令人兴奋的，因为MicroBooNE在理解这些中微子事件方面取得了前所未有的知识水平，”费米实验室的理论部门负责人Marcela Carena说。“这将使未来的实验能够促进他们的物理搜索。”

目前，关于惰性中微子的结论还没有定论。“我不认为无菌中微子的想法已经消亡，”卡蕾娜说。“对惰性中微子的搜索仍在继续。”