寻找难以捉摸的中微子有多种方式。一些实验中使用了由数吨镓组成的探测器,因为中微子相互作用可以发生在稳定的镓-71(71Ga)原子核上,并将其转化为锗的放射性同位素(71Ge),其半衰期为11天,然后可以用传统的辐射探测器进行观测。

研究表明锗同位素的半衰期确实为11天

然而,据观察,这些相互作用产生的71Ge的速率低于预期。这被称为“镓异常”——当电子中微子轰击镓并产生71Ge时,会发生显著差异。

目前的理论无法解释这种异常现象。因此,人们猜测这可能是中微子可以转变为其他奇异粒子(如惰性中微子)的标志,惰性中微子与物质的相互作用甚至比正常中微子还要小;如果得到证实,这将是一项重大发现。

最近,有人提出,这种异常现象可以用一些更普通的因素来解释——71Ge核的半衰期测量错误。这是因为中微子相互作用的预测速率取决于这个半衰期。

为了检验镓异常的这种可能解释,劳伦斯伯克利国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家团队通过一系列精心进行的测量确定了71Ge的半衰期,其中两次测量与其他半衰期众所周知的长寿命放射性同位素并列进行。这项研究发表在《物理评论C》上。

研究小组能够确定71Ge的半衰期,精度比以往任何测量方法高出四倍。这项研究排除了71Ge测量错误导致异常的可能,因此异常的成因必须有所不同——可能是存在第四种中微子,即惰性中微子。

“我们团队获得的新半衰期证实了先前的结果,但使其更加可靠,明确排除了中微子缺失是由于71Ge半衰期不正确而导致的可能解释,”LLNL科学家兼主要作者NickScielzo说。“因此,镓异常仍然是一个真正的谜团——可能仍需要某种意想不到的新中微子行为才能理解。”