美國能源部的阿爾戈尼國家實驗室(Argonne National Laboratory)成功啟用了位於費米實驗室(Fermilab)的一個大型籠狀探測器。這個設備可以過濾掉 99.99% 的宇宙背景噪音,而其啟用標誌著一個關鍵技術里程碑的完成。這項進展為 Mu2e(μ子轉電子)實驗鋪平了道路,該實驗計劃於 2027 年開始尋找新物理現象。
Mu2e 實驗如同在宇宙的乾草堆中尋找針,旨在觀察一個μ子(電子的重兄弟)直接轉變為電子,且不會發射出其他粒子。目前的理論(標準模型)預測這幾乎是不可能的。然而,即使觀察到幾個這樣的事件,也將證明未知粒子或力的存在。在這個探索過程中,宇宙射線則帶來了巨大的挑戰。來自太空的高能粒子不斷轟擊地球,產生模擬稀有μ子轉電子過程的虛假信號。為了解決這個問題,阿爾戈尼團隊設計了 CRV,這是一個由 83 個模組組成的 60 噸子系統。
在最近結束的嚴格兩年性能評估中,團隊確認 CRV 符合其嚴格的設計要求,能夠檢測並排除 99.99% 的宇宙射線μ子。阿爾戈尼的物理學家尤里·奧克蘇齊安(Yuri Oksuzian)表示,CRV 是至關重要的,因為它能過濾出可能模擬此事件的背景噪音。即使觀察到幾個這個事件的案例,也將成為新物理學的有力證據。
CRV 作為 Mu2e 設備的巨大屏障,其建造需要精密的工程技術,因為它擁有成千上萬的塑料條,當μ子穿過時會產生光子。阿爾戈尼強調,這個系統由 83 個模組組成,總重量約為 60 噸。專用光纖將光傳送到稱為硅光電倍增管的感應器,精確記錄μ子到達的納秒時間。如果 CRV 在主要實驗中檢測到宇宙μ子出現的瞬間,系統會自動將該數據視為噪音排除。若沒有這 99.99% 的效率,在五年的實驗運行中,數以千計的虛假事件將淹沒數據,讓真實發現與背景干擾無法區分。
CRV 的啟用是超過 200 位科學家來自 30 個機構的大規模合作努力的結果。這項合作包括阿爾戈尼國家實驗室、費米實驗室、維吉尼亞大學、密歇根大學、北伊利諾伊大學、堪薩斯州立大學和南阿拉巴馬大學。隨著 CRV 開始收集背景數據,其他 Mu2e 子系統將在接下來的一年內進行測試。如果實驗在 2027 年成功,將能解答一些科學上最深奧的謎題,包括暗物質的性質和標準模型的局限性。這一發現將根本改變人類對宇宙運作方式的理解。由於擁有 99.99% 的篩選成功率,這一發現變得更加接近。




