在宇宙中寻找新中微子的开创性发现


伊利诺伊理工大学物理学副教授布莱斯·利特尔约翰和他的同事们利用人工智能和深度机器学习来分析他们收集的多年的中微子图像。如果图像中出现了大量具有“阵雨”特征的中微子,如图中所示,则可能表明存在一种以前未发现的“无菌”中微子。然而,到目前为止,还没有观察到像这样的额外事件。信贷微商合作

伊利诺斯理工学院物理学副教授布莱斯·利特尔约翰是一个国际科学家小组的成员,该小组对第四种“惰性”中微子存在的流行理论进行了打击。

这项突破性的研究结果今天在费米国家加速器实验室公布。

中微子有三种已知的“味道”,比原子小,是宇宙中最丰富的基本组成部分之一。科学家们花了几十年的时间来寻找一种解释,以解释中微子在哪里产生和在哪里被探测到的意料之外的迹象。一种解释这一结果的流行理论假设存在一种未被发现的第四种“无菌”中微子,这种中微子在性质上甚至比三种已知的味道更可怕。今天,在费米实验室(Fermilab)为更好地理解中微子相互作用而建造的强大的中微子探测器MicroBooNE所进行的实验发现,对这一理论造成了重大打击。

Littlejohn说,微卫星就像“一个巨大的数码相机,可以拍摄毫米级的、精确的中微子在相机内部相互作用的数码照片。”。它使用特殊的光传感器和超过8000根连接的电线来捕捉中微子的相互作用。Littlejohn自2012年开始参与该项目,他组织安装了探测器的电子系统,用于操作这些电线并从探测器读取数据。作为振荡小组召集人,他还负责产生新报告结果的分析小组。来自五个国家36个机构的200多名研究人员参与了帮助MicroBooNE实现其最新发现的工作。

Littlejohn的伊利诺伊理工研究小组一直在利用人工智能和深度机器学习来处理微卫星的图像,以创建图表,详细描述中微子相互作用产物的轨迹和身份。这些图像和工具使合作者能够区分微卫星图像中的电子和光子,这是在以前的实验中缺失的关键信息。

Littlejohn说:“如果以前的实验能够正确地看到无菌中微子的迹象,我们应该能够看到一些新的和疯狂的东西,但到目前为止我们还没有看到任何新的和疯狂的东西。”。“新的中微子要么不可能出现在那里,要么看起来和人们预期的不一样。”

尽管这些数据没有显示出第四个中微子存在的证据,但它仍然不能解释先前中微子物理实验中出现的异常现象。MicroBooNE的研究人员将用更多的数据进行后续分析,以测试不同类型的超越标准模型的新物理,而新的更高精度的sbind和ICARUS探测器将于明年在费米实验室上线,以进一步加强MicroBooNE的搜索。

“我们知道,一定有新的物理学存在。否则,例如,我们就不会看到所有这些指向暗物质存在的证据,”利特尔约翰说。“我们在宇宙中看到的暗物质和我们在地球上的高能物理实验室可以制造的奇怪的新粒子类型之间肯定有某种联系。”

伊利诺伊理工大学博士后Ryan Dorrill和本科生Whitmaur Castiglioni与Littlejohn一起参与了这个项目。伊利诺伊理工大学校友芮安(Rui An)和伊万·勒皮蒂克(Ivan Lepetic)在攻读博士期间也与研究团队一起工作。一种开发的算法,用于处理来自MicroBooNE的精美3D图像。利特尔约翰说,这个项目令人兴奋的一点是,包括安在内的科学家使用尖端机器学习工具对图像进行深入、有效的分析,这是肉眼或传统计算机科学工具无法实现的。作为一名粒子物理学家,利特尔约翰说他喜欢用实验的过程来发现宇宙中什么是真实的,什么是不真实的。

“为了得到这个结果,我们付出了很长一段时间的努力,这是非常值得的,因为我们发现了一些全新的东西,而我们不确定我们开始时的答案是什么,”他说。

了解更多关于Littlejohn在MicroBooNE项目中的角色,请点击此处。

有关MicroBooNE结果的更多信息,请点击这里查看费米实验室的新闻稿。

MicroBooNE得到了美国能源部、美国国家科学基金会、瑞士国家科学基金会、英国科学技术设施理事会、英国皇家学会和欧盟的Horizon 2020的支持。

费米国家加速器实验室是美国粒子物理研究的首要国家实验室。Fermilab是美国能源部科学实验室办公室,位于伊利诺伊州芝加哥附近,根据Fermi研究联盟有限责任公司的合同运营。请访问Fermilab的网站:https://www.fnal.gov 在Twitter@Fermilab上关注我们。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者,它正在努力应对我们这个时代的一些最紧迫的挑战。欲了解更多信息,请访问science.energy.gov。

请继续推特就像我们一样脸谱网.



Baidu