从强大的天体发出的一种罕见的高能中微子

大多数中微子是由物体产生的 比如黑洞 比漂浮在太空中的残余中微子拥有更多的能量。 虽然更加罕见，但这些高能中微子更有可能撞击某物并产生信号 像我这样的物理学家 可以检测到。 但为了探测它们，中微子物理学家必须建立非常大的实验。

冰块，一个这样的实验，记录了一种特别罕见的特别高能的天体物理中微子 2024 年 4 月发表的一项研究。 这些高能中微子经常伪装成其他更常见类型的中微子。 但我和同事第一次成功地发现了它们，并从近 10 年的数据中提取了一些。

冰立方天文台

这 冰立方中微子观测站 是大型中微子实验的800磅重的大猩猩。 它有 约 5,000 个传感器 十多年来，它们一直专注地观察南极地下数十亿吨的冰。 当中微子与冰中的原子碰撞时，会产生传感器记录的光球。

当中微子穿过冰立方时，其中一小部分将与冰中的原子相互作用并产生光，传感器会记录这些光。 在视频中，球体代表各个传感器，每个球体的大小与其检测到的光量成正比。 根据彩虹的颜色，颜色表示光的相对到达时间，红色到达最早，紫色最晚。

IceCube 已检测到在多个地方产生的中微子，例如 地球的大气层的中心 银河系 和 其他星系中的黑洞 许多光年之外。

但 tau 中微子是一种能量特别高的中微子，直到现在还没有被 IceCube 发现。

中微子口味

中微子进来了 三种不同类型，物理学家称之为风味。 每种味道都会在 IceCube 这样的探测器上留下独特的印记。

具有μ子味的中微子具有最独特的特征，因此我和IceCube合作中的同事自然会首先寻找这些中微子。 介子中微子碰撞发射的介子将穿过数百米的冰，在衰变之前形成一条可检测到的光的长轨迹。 这条轨迹使研究人员能够追踪中微子的起源。

由于电子中微子的方向很难用肉眼辨别，IceCube 物理学家应用了 机器学习技术 回到电子中微子可能产生的地方。 这些技术采用复杂的计算资源并调整数百万个参数，以将中微子信号与所有已知背景分开。

高能 τ 中微子

这些结果还表明，即使在最高能量和很远的距离下， 中微子的行为方式大致相同 就像它们在较低能量下所做的那样。

特别是，天体物理 tau 中微子的探测证实了来自遥远来源的高能中微子 改变味道，或振荡。 能量低得多的中微子行进距离短得多，也会以同样的方式振荡。

与来自大爆炸的更常见的中微子相比，高能 tau 中微子及其近亲 μ 子和电子总是更少。 但有足够的东西可以帮助像我这样的科学家寻找宇宙中最强大的中微子发射体并研究其间的无限空间。