这个神秘粒子曾被认为能解释一切，结果如何？

加州大学圣巴巴拉分校物理学助理教授大卫·卡拉泰利（实验分析期间的物理协调员）表示：“中微子是难以通过实验探测的神秘基本粒子，却是宇宙中数量最多的粒子之一。”他解释，早期实验结果与现有知识不符，促使科学家推测存在第四种中微子——“惰性中微子”。然而，MicroBooNE的新测量显示这一观点与数据不相符。卡拉泰利指出，排除惰性中微子假说代表着重大进展，这一结果为探索新可能性扫清了道路，并有助于该领域为更大规模、更先进的中微子实验做好准备。这项研究得到了美国能源部科学办公室和国家科学基金会的部分支持。

### 为何中微子仍令物理学家困惑
标准模型为理解塑造宇宙的基本力和粒子提供了经过充分验证的框架，但它仍留下一些重大问题未解。费米实验室资深科学家、MicroBooNE联合发言人马修·图普斯说：“我们知道标准模型能很好地描述自然界的许多现象，但同时也知道它并不完整，无法解释暗物质、暗能量和引力。”中微子就是这些空白之一。标准模型最初提出时，假设中微子没有质量。20世纪末，观测来自太空的中微子的实验发现了意外现象——某些类型的中微子在传播过程中似乎“消失”了，这一假设开始站不住脚。科学家意识到，中微子有电子中微子、μ中微子和τ中微子三种“味”，并且这些味在中微子穿越空间时会发生变化，这个过程称为“中微子振荡”，它意味着中微子一定有质量。卡拉泰利解释：“中微子振荡能够发生的唯一途径是中微子具有质量，这是标准模型没有预测到的。”

### 惰性中微子假说
20世纪90年代，进一步的实验加深了这一谜团。洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁体中微子探测器（LSND）以及后来费米实验室的MiniBooNE实验观察到，μ中微子转变为电子中微子的方式无法仅用三种已知的中微子类型来解释。曼彻斯特大学教授、MicroBooNE联合发言人贾斯汀·埃文斯说：“过去30年里，对这些异常现象最流行的解释是假设存在一种‘惰性中微子’。”与已知中微子通过弱电相互作用与其他粒子相互作用不同，惰性中微子不会以同样方式与物质相互作用，这使得直接探测它极为困难。

### MicroBooNE如何验证该理论
为更仔细地研究这些异常现象，科学家在费米实验室建造了MicroBooNE，这是一个旨在以前所未有的细节捕捉中微子相互作用的探测器。2015年至2021年间，该实验记录了费米实验室两个束流产生的中微子。这些束流将中微子送入液氩时间投影室，在那里可以高精度地观测它们的相互作用。卡拉泰利说：“我们产生一种类型的中微子，并将探测器放置在最佳位置，以最大程度地提高发现这种惰性中微子的可能性。实际上，我们产生的是μ中微子，如果惰性中微子存在，我们应该会看到电子中微子的出现。”研究团队将探测到的电子中微子数量与包含惰性中微子和不包含惰性中微子的模型预测进行了比较，“我们基本上是在寻找这种振荡现象导致新电子中微子出现的效应。”结果显示没有这种效应，数据与不存在惰性中微子的宇宙预期相符， effectively排除了这种粒子的存在。这一结论基于加州大学圣巴巴拉团队2025年夏季发表在《物理评论快报》上的早期研究，该研究也未发现电子中微子过量的情况。

### 中微子研究的转折点
尽管惰性中微子的解释已被搁置，但LSND和MiniBooNE观察到的原始异常现象尚未完全解决。卡拉泰利说：“我认为这对我们来说是一种范式转变。”随着这个有几十年历史的假说不再成立，研究人员现在正在探索更广泛的观点，这些观点可能解释这些奇怪的观测结果，并可能揭示更深层次的问题，包括暗物质的本质。“我们正在研究的选项更加多样化，”卡拉泰利说。MicroBooNE实验中改进的工具和技术现在正应用于更复杂的多探测器研究。一种替代观点涉及早期实验中可能被误认的光子，或可能指向新物理现象。加州大学圣巴巴拉分校物理学教授、MicroBooNE合作者小罗最近发表了一项初步分析，探讨了这种可能性。费米实验室短基线中微子项目的未来工作预计将更详细地探索这些问题。

### 展望下一代实验
与此同时，深地下中微子实验（DUNE）的建设正在推进。DUNE建在南达科他州桑福德地下研究设施地下一英里处，将成为有史以来最大的中微子探测器。它将接收从800英里外的费米实验室穿过地球发送的高能中微子强束流。“MicroBooNE很大——有校车那么大，但DUNE有足球场那么大，”卡拉泰利说。DUNE的规模和精度不仅有助于回答有关中微子行为的问题，还能解答为何宇宙中物质比反物质多的问题。卡拉泰利表示，MicroBooNE在为科学家准备下一步工作方面发挥了关键作用。“MicroBooNE所做的关键事情之一是给了我们所有人信心，并教会我们如何使用这项技术高精度地测量中微子，”他说，“我们在MicroBooNE中学到的如何分析探测器数据的方法都直接适用于DUNE。”