众所周知，中微子是一种难以研究的幽灵般的基本粒子，它可以为科学家提供有关宇宙进化的线索。
它们是如此难以捕捉，事实上，有可能有第四种已经在我们眼皮底下藏了几十年了。
芝加哥大学附属费米国家加速器实验室的科学家们正在领导一项国际合作，探索一种全新粒子的可能性。费米国家加速器实验室是世界上范围最广的中微子研究基地。虽然已知有三种中微子，但科学家们正在寻找第四种可能的中微子——无菌中微子。
新的中微子实验的主要组件来自世界各地，将被整合到即将在费米实验室(Fermilab)推出的短基线近探测器(简称SBND)中。
“短基线计划旨在解决有趣的结果从之前的实验,可能暗示一种新的中微子,这将打开一个全新的,意想不到的区域在中微子物理,”大卫•施密茨表示SBND他和芝加哥大学物理系助理教授。“但无论我们发现了什么，结果应该会让我们对这个长期存在的谜题有更清晰的认识。”
在芝加哥以西45英里的费米实验室，三个探测器沿着费米实验室的粒子加速器产生的中微子束运行。在这三个探测器中，新的探测器将位于离光束源最近的位置，只有360英尺远。(另外两个，MicroBooNE和ICARUS，分别离震源1500英尺和2000英尺。)
该项目的另一位发言人、费米实验室中微子科学家奥内拉·帕拉马拉说:“你有三个探测器的原因是，你想从不同的距离沿着束流取样。”
当中微子一个接一个地穿过探测器时，其中一些会在探测器中留下痕迹。科学家们将分析这些信息，以寻找这个假设的确凿证据，但从未见过中微子家族的成员。
(dis)亮相
中微子有三种“口味”:电子、介子和tau。它们在太空旅行时从一种味道变成另一种味道，这被称为振动。中微子已知会在这三种味道中来回振荡，但只有进一步的证据才能帮助科学家确定它们是否也会振荡成第四种类型——无菌中微子。
如果这些无菌中微子存在，它们就根本不与物质发生作用。(我们熟悉的中微子确实会相互作用，但只是很少。)其他实验的结果也暗示了无菌中微子存在的可能性，但到目前为止，还没有人证实这一点。
SBND作为束流中的第一个探测器，将记录电子和介子中微子在振荡发生之前穿过束流的数量。其中绝大多数——约99.5%——将是介子中微子。当它们到达遥远的探测器MicroBooNE和ICARUS时，每1000个介子中微子中就有几个可能已经转化为电子中微子。
有两种可能的结果表明新粒子的存在。
其中一个原因是，远端探测器看到的电子中微子比预期的要多。这可能是不育中微子也存在的证据:中微子可能以一种产生过量电子中微子的方式转换成或脱离不育中微子状态。另一个原因是，远端探测器看到的介子中微子比预期的要少——SBND中发现的介子中微子“消失”了——因为它们转化成了无菌中微子。
Schmitz说:“通过一个实验，我们可以同时看到电子中微子的出现和介子中微子的消失，并确保它们的大小彼此相容，这对于发现没有活性的中微子振荡是非常有力的。”“近距离探测器大大提高了我们这样做的能力。”
来自三大洲的部件
四个阳极平面组件中的第一个，高度敏感的电子元件，于10月来到费米实验室。更多的人正在路上。
总共四个阳极平面组件是一个4×4×5米探测器的一部分，该探测器将悬浮在一个充满液态氩的低温储罐中，温度为-300华氏度。每一个组件都是一个巨大的框架，上面覆盖着成千上万根灵敏的感应线，用来追踪从中微子中释放出来的粒子，这些粒子与罐中氩原子发生碰撞。
SBND也将成为一些技术的试验场，包括阳极平面组件，这些技术将用于国际深地下中微子实验，称为沙丘，一个由费米实验室主持的超级科学实验，目前正在南达科他州建设中。
欧洲、南美和美国的机构正在帮助建立SBND的各种组成部分。三大洲共有20多个机构参与了这项工作。Schmitz说，另外十几家公司正在合作开发软件工具，一旦探测器投入使用，就可以分析数据。
Palamara说:“成为国际合作的一部分是很棒的。“当然，也有挑战，但看到来自世界各地的人们参与这个项目，感觉很棒。在不同的地方组装探测器，然后看到所有的东西都组装在一起，这令人兴奋。”
SBND的组装预计将于2019年秋季完成，之后探测器将沿着加速器产生的中微子束安装在其大楼内。SBND计划在2020年底前开始接收中微子。
美国锡拉丘兹大学、芝加哥大学和耶鲁大学以及英国兰开斯特大学、曼彻斯特大学和谢菲尔德大学是SBND合作机构，为建造探测器的阳极平面阵列做出了贡献。
资助:英国研究与创新，国家科学基金会，美国能源部科学办公室。
-改编自费米实验室网站上首次出现的一个故事。