位於南極點冰立方微中子天文台（IceCube Neutrino Observatory），小圖為被冰立方天文台檢測到的微中子與物質反應後產生的光子和τ子衰變。
天文學家利用被深深的埋藏在南極冰層下的冰立方天文台找到了七個穿透地球的神秘「幽靈粒子」候選人。這些訊號被認為是天體物理性τ微中子（astronomical τ neutrinos）；它們是高能物理事件和人類之間非常重要的信使。
在標準模型中，微中子被認為是不帶電，無品質的粒子（實際實驗將微中子品質上限劃在10-37kg，而實驗表明微中子是帶有一個極其微小的品質）。由於其極小的品質，它們可以在宇宙中以接近光速的速度穿行。奇怪的是，正因為微中子這些特征導致它們幾乎不予其他物質發生反應。如果你是一個微中子探測器的話，大約100兆個微中子會在一秒內穿過你，而你要等大約100年才能等到一個微中子與你體內的一個粒子發生反應。這也是為什麽微中子被稱為「幽靈粒子」。
高能微中子一般產生於銀河系邊緣的高能物理事件，我們稱它為天體物理性微中子。這種微中子有著三種「味」（flavor，一個描述基本粒子的物理量，類似於種類），電微中子，μ微中子，τ微中子。這三味微中子都十分的難以捉摸，但是它們還是被冰立方天文台發現了，2013年冰立方天文台首次捕捉到了這類微中子的訊號。現在，他們貌似檢測到了天體物理性τ微中子，這可能是一種我們從未接觸過的全新粒子。
「結合非常低的背景雜訊，這次檢測到的7個訊號十分有可能是正兒八經的τ微中子，」 道格·考恩，這項研究的副領導人，賓夕法尼亞州立大學物理學教授在一份聲明中說道。「這次發現的天體物理性τ微中子同時也會為冰立方之前的微中子訊號提供一個確認。」
冰層之下
為了檢測這些穿透地球的微中子訊號，冰立方采用的許多串被稱為數位光學模組（Digital Opitcal Modules, DOMs）的金球。
（DOMs，圖源：Science Collection Group）
這些金球被深埋在冰層之下，總共有5160個DOM被如此的埋藏在南極的冰層下。當微中子與南極的冰分子發生發應並產生帶電粒子後，這些粒子會發出藍色的光並被DOM記錄下來。
特別的，當天體物理性τ微中子與南極的冰分子發生反應之後，產生的粒子會帶有一個特殊的波長，包括獨特的雙聯級事件導致的放射線具有獨特的雙峰值訊號。
過去，冰立方捕捉到了類似與τ微中子粒子的訊號，但是道格·考恩為了準確性，想確認它們是真正的τ微中子。
其他味的微中子可以被冰立方「即時」的檢測到，但是τ微中子不行。這些幽靈粒子要在十年中收集的數據中尋找蛛絲馬跡。但是，研究團隊並沒有決定苦苦的人力尋找這些訊號。他們使用了一種名叫「影像分類最佳化摺積神經網路」的方法去研究冰立方在2011到2020年內收集的數據。
經過分析，這些數據最終給出了7個很有可能的τ微中子候選人。研究團隊也考慮到了假訊號的可能性，但是道格·考恩說假訊號的可能性大約為三百五十萬分之一。
目前的訊號僅僅用到了三串DOM檢測器，但是未來的分析會用到更多冰層下的DOM探測器。這不僅會提升檢測到的τ微中子數量，還會幫助科學家們進行第一個研究三代微中子震蕩的實驗。微中子震蕩是指微中子在穿越很長距離中改變自己的味的過程。
了解微中子震蕩的過程對於了解微中子產生過程，它們為什麽為在宇宙中長途跋涉如此長的距離而不被影響，和微中子震蕩產生的原因具有重要意義。
「總的來說，這個令人驚喜的發現可能會用τ微中子開啟物理的全新大門。」 道格·考恩總結道。
研究團隊的研究成果被發表在了arXiv的論文庫中，並被【物理評論快報】所接受。
相關知識
微中子（義大利語：Neutrino，其字面上的意義為「微小的電中性粒子」，又譯作微中子）是一種電中性的基本粒子[4]，自旋量子數為½，以希臘字母ν標記。現在已經有證據表明其具有品質。但其品質即使相比於其他亞原子粒子也是非常微小的。它可能是現在唯一一種已探測到的暗物質，是一種熱暗物質。[5]
微中子與電子、緲子以及τ子同屬輕子，有三種「味」：電微中子
。每種味的微中子都相應存在一種同樣電中性且自旋量子數為½的反微中子。在標準模型中，微中子的產生過程遵循輕子數守恒定律。
由於微中子是電中性的，同時還是一種輕子，因此不參與強交互作用以及電磁交互作用,而只參與重力交互作用以及弱交互作用。[4] 由於弱交互作用距離非常短，而重力交互作用在亞原子尺度下又是十分微弱的，因而微中子在穿過一般物質時不會受到太多阻礙，且難以檢測。
微中子可以透過放射性衰變以及核反應等多種方式產生。由於太陽內部時時刻刻都在發生著核反應，而超新星產生等過程也會伴隨著劇烈的核反應，因而在宇宙射線中可以檢測到微中子的存在。地球附近所檢測到的微中子大多來源於太陽。事實上，地球面向太陽的區域每秒鐘在每平方厘米上都會穿過大約650億個來自太陽的微中子。[6]
人們現在認識到微中子在飛行過程中會在不同味間振蕩，比如β衰變中產生的電微中子可能在檢測時會變為μ微中子或τ微中子。這一現象表明微中子具有品質，且不同味的微中子的品質也是不同的。依據現在宇宙學探測的數據，三種味的微中子品質之和小於電子品質的百萬分之一。
BY: Robert Lea
FY: Chen Li
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