认识镓异常——对所有已知物理学的（旧）新挑战

近 40 年前的实验给粒子物理学家带来了一个令人头疼的问题。

镓：玩起来很有趣，挑战所有现代物理学也很有趣。

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镓是一种有趣的材料。只要你不用手拿起它，它就是固体，因为它的熔化温度相对较低，它会变成液体。对于物理学家来说，镓的两种稳定同位素之一还有另一个用途：它可以用来研究太阳中微子。出于这个原因，物理学家偶然发现了一个可能撼动整个现代物理学的谜团。

问题不在于镓。粒子物理学的标准模型可能是人类有史以来提出的最好的理论之一，但它是有限的。我们意识到了这一点——我们只是不确定实际的限制在哪里以及超出了什么。有时液态的金属正是在这里发挥作用。

认识三种中微子

如果镓 71 原子与电子中微子相互作用，它会衰变成锗 71 和一个电子。与镓不同，锗 71 不稳定，它会以 11.4 天的半衰期衰变回镓，这一过程既方便又可测量。 

中微子是一种奇怪的小粒子。存在三种已知类型：电子中微子、μ子中微子和τ中微子。这些被称为风味。它们不带电荷，而且质量很小，以至于长期以来人们一直认为它们的质量为零。他们可以不受干扰地飞越星际距离。每秒有100万亿个中微子穿过你的身体，但你感觉不到。与中微子的相互作用很少见。  

它们是在无数物理事件中产生的，包括太阳中心的聚变反应。但当他们旅行时，发生了一些事情。他们改变口味。它们从电子中微子，到μ子中微子，再到τ子中微子，反之亦然。通过观察和理论可以很好地预测这种振荡的比率。 

这就是事情变得复杂的时候。因为镓实验没有制造出足够的锗。

实验表明该理论遗漏了一些东西

苏美镓实验的结果让我们知道事情正在发生，该实验于 1989 年开始，持续了数十年。仅仅两年后，另一个名为 GALLEX 的实验在意大利启动。两者都表明了锗产量的不足。这就是镓异常现象。

错误地引用莎士比亚的话，错误不在于我们的星星，而在于我们对元素的选择。一项名为 BEST - Baksan 惰性转变实验的后续研究 - 使用放射性铬（中微子的强烈来源）将镓置于中微子中。这个想法是为了看看问题是否出在太阳的预期上。 71 锗产量再次低于预期，低 20% 至 24%。

另一种可能性是，中微子和镓之间的相互作用可能尚未被完全理解。 2023 年对此进行了完善，但没有解决异常问题。另一种选择是锗 71 的半衰期——也许 11.4 天的测量结果不正确。但这最终也得到了改进，与之前的实验保持一致。异常现象依然存在。

输入：惰性中微子

我们并不是暗示餐厅里有一份标准模型的秘密粒子菜单。据我们所知，口味分为三种。但我们提到了局限性。我们怀疑那里还存在其他粒子，而一种仅通过重力相互作用的中微子可能就是其中之一。质量约为电子自身质量五分之一的惰性中微子的存在已被其他实验所拒绝。但 BEST 的结果实际上表明惰性中微子的质量高于此。

这并不意味着惰性中微子是正确的答案。实验中可能还有一些科学家误解的其他特征。或者可能存在完全不同的解释，但仍然需要超出标准模型的物理学。我们只是还不知道，但令人着迷的是，这种有趣的金属可能掌握着理解宇宙的全新方式的关键。