瑞士PSI超冷中子实验未发现“镜像世界”振荡迹象

瑞士保罗·谢勒研究所(PSI)7月28日发布消息称，该所研究人员在一项超冷中子实验中检测了约250亿个中子，未发现中子自发转化为“镜像中子”的迹象。研究结果以很高的确定性限制了中子消失进入所谓“镜像世界”的理论可能性。

“镜像世界”假说认为，现实世界中的每一种基本粒子都可能存在对应的镜像粒子，如镜像电子、镜像质子和镜像中子。这类粒子与普通物质的相互作用极其微弱，主要可能通过引力或中性粒子的罕见振荡发生联系，因此也曾被视为暗物质候选对象之一。

PSI中子和μ子科学中心研究人员表示，仅依靠引力作用难以证明镜像粒子的存在，因此实验重点放在中性粒子是否会在普通物质世界与镜像世界之间发生振荡。按照相关假设，中子这类电中性粒子在极少数情况下可能转化为镜像粒子，从而在实验中表现为“消失”;随后也可能再次转化回普通中子。

为检验这一设想，PSI研究团队与苏黎世联邦理工学院、克拉科夫雅盖隆大学科研人员合作，利用PSI高强度质子加速器产生的超冷中子开展精密测量。实验中，研究人员将超冷中子储存在一个特殊的非磁性不锈钢真空容器内，并通过磁场线圈对周围磁场进行高精度控制。由于中子与镜像中子之间振荡的概率对磁场十分敏感，实验团队在测量过程中逐步改变磁场强度和方向，以覆盖可能出现振荡的相关区域。

研究人员每隔约5分钟向大型不锈钢罐中储存约150万个中子，每次储存约200秒后再将罐中剩余中子清空并计数。该过程持续数月，最终累计测量中子数量约250亿个。实验结果显示，在所扫描的条件范围内，没有发现中子与镜像中子振荡的信号。

PSI研究人员认为，这一结果基本排除了此前关于中子转化为镜像粒子的相关推测。虽然实验未能发现镜像世界存在的证据，但其对粒子物理学和暗物质相关理论研究仍具有重要参考价值。研究人员表示，通过进一步缩小相关假说的参数空间，实验结果将促使理论物理研究探索新的解释路径。