对中微子相互作用的新认识
发布时间：2023-09-12 10:10:51 阅读数： 114
日全食，日冕清晰可见。图片来源：ipicgr/Pixabay
北海道大学的研究发现，被称为中微子的难以捉摸的粒子能够与光子（光和其他电磁辐射的基本粒子）发生相互作用，而这种相互作用的方式是以前未曾探测到的。北海道大学名誉教授Kenzo Ishikawa和同事北海道理科大学讲师Yutaka Tobita的研究成果发表在《物理学开放》（Physics Open）杂志上。
"石川说："我们的研究成果对于理解一些最基本的物质粒子的量子力学相互作用非常重要。"它们还可能有助于揭示太阳和其他恒星中目前鲜为人知的现象的细节"。
中微子是最神秘的基本物质粒子之一。研究它们极其困难，因为它们几乎不与其他粒子发生任何相互作用。它们是电中性的，几乎没有质量。然而，它们的数量却非常丰富，大量的中微子不断从太阳中流出，穿过地球，甚至穿过我们自己，却几乎没有任何影响。更多地了解中微子对于检验和完善我们目前对粒子物理学（即标准模型）的理解非常重要。
石川解释说："在正常的'经典'条件下，中微子不会与光子发生相互作用，""然而，我们已经揭示了中微子和光子是如何在超大尺度的均匀磁场中发生相互作用的--大到103千米--这种磁场存在于恒星周围被称为等离子体的物质形态中。" 等离子体是一种电离气体，这意味着它的所有原子都获得了或多或少的电子，使它们成为带负电或正电的离子，而不是地球上日常条件下可能出现的中性原子。
研究人员描述的这种相互作用涉及到一种理论现象，即 "电威霍尔效应"。这是电与磁在极端条件下的相互作用，自然界的两种基本力--电磁力和弱作用力--在这种情况下融合为弱电。这是一个理论概念，预计只适用于早期宇宙的极高能条件或粒子加速器的碰撞中。
研究得出了这种意想不到的中微子-光子相互作用的数学描述，即拉格朗日。它描述了有关该系统能量状态的所有已知信息。
"石川说："除了有助于我们理解基础物理学之外，我们的工作还可能有助于解释日冕加热之谜。"这是一个由来已久的谜团，它涉及太阳最外层大气--日冕--的温度远高于太阳表面温度的机制。我们的工作表明，中微子和光子之间的相互作用释放出能量，使日冕升温。"
"石川说："我们现在希望继续我们的工作，寻找更深入的见解，特别是在这些极端条件下中微子和光子之间的能量转移。
参考资料
Kenzo Ishikawa et al, Topological interaction of neutrino with photon in a magnetic field—Electroweak Hall effect, Physics Open (2023). DOI: 10.1016/j.physo.2023.100174
