中微子质量和中微子振荡实验

本介绍中微子质量测量的历史和现状。介绍太阳中微子丢失实验的结果和大气μ中微子丢失实验结果。这些结果表明存在中微子振荡,即中微子具有质量。它是超出标准模型的信号。本还介绍了21世纪初研究中微子振荡的若干重要实验,例如长基线中微子振荡实验以及建造μ子 贮存环来产生高能电子中微子束进行中微子振荡的实验以及测量中微子振荡时的CP破坏的设想。     

中微子振荡实验——超出标准模型的实验检验（Ⅰ）

文章总结了中微子振荡实验在历史和现状,介绍了几个太阳中微子丢失实验的结果和几个大气μ中微子丢失实验结果,这些结果表明存在中微子振荡,即中微子具有质量,它是超出标准模型的信号,文章还介绍了21世纪初研究中微子振荡和若干重要实验,噬基线中微子振荡实验以及建造μ子贮存环来产生高能电子中微子束进行中微子振荡的实验以及测量中微子振荡时的CP破坏的设想。     

中微子振荡实验—超出标准模型的实验检验（Ⅱ）

4　大气 μ中微子丢失和中微子振荡大气中的高能中微子是由于原初宇宙线中的高能质子在大气上部与大气中的原子核相互作用而产生Ｋ介子和π介子 ,Ｋ介子和π介子随后衰变 :Ｋ →μ νμ,　Ｋ- →μ- νμ;π →μ νμ,　π- →μ- νμ.μ子接着衰变 :μ → νμ ｅ νｅ,　μ- →νμ ｅ- νｅ,因此 ,大气中高能中微子的成分中 ,μ中微子的数量应该是电子中微子数量的两倍 .80年代初 ,探测大气中的高能中微子的装置有 :日本的Ｋａｍｉｏｋａｎｄｅ装置 ,美国的ＩＭＢ装置以及Ｓｏｕｄａｎ装置 .由于 μ子的质量约为电子质量的…     

中微子质量和中微子振荡实验

本文介绍中微子质量测量的历史和现状。介绍太阳中微子丢失实验的结果和大气 μ中微子丢失实验结果。这些结果表明存在中微子振荡 ,即中微子具有质量。它是超出标准模型的信号。本文还介绍了 2 1世纪初研究中微子振荡的若干重要实验 ,例如长基线中微子振荡实验以及建造 μ子贮存环来产生高能电子中微子束进行中微子振荡的实验以及测量中微子振荡时的CP破坏的设想。     

中微子六十年

 中微子质量的测量方法有直接和间接两种.通常的探测器是探测不到的中微子,但可由能动量守恒以及事例终态的重建得出事例的丢失质量,由此得出中微子质量,这种方法称为直接法.从β衰变的电子能谱确定电子中微子质量用的就是此法.μ子族中微子和τ子族中微子质量也是用这种方法得出的.此外,还有采用中微子振荡和双β衰变法,这些是间接法.1)β衰变的能谱测量:β衰变中发射的电子能谱具有形状（如果电子中微子具有质量m_v）.     

振荡中的中微子——中微子混合矩阵的提出与验证

<正>中微子是联系微观物质世界和宏观宇宙的桥梁,对人类理解物质基本组成及宇宙起源和演化至关重要。1956年,科温(C.Cowan)和莱因斯(F.Reines)等首次直接探测到了反应堆电子反中微子。1962年,布鲁克海文实验室发现μ中微子。日本物理学家立即提出描述中微子振荡的混合矩阵,即MNS混合矩阵。此前,苏联物理学家庞蒂科夫(B.Pontecorvo)也提出中微子混合和振荡概念。     

太阳中微子失踪案和中微子振荡

 (续前)五、“中微子振荡”是物理学家的法宝按照粒子物理的标准模型,中微子质量为零,它们以光速运动。存在着3种不同类型(即3种“味”)的中微子:电子型中微子(记为νｅ),μ-中微子(记为νμ)和τ-中微子(记为ντ),它们之间彼此不相关,分别只同电子、μ轻子和τ轻子密切相关。不过,早在戴维斯等人公布首批氯探测器的探测结果的1968年,庞托科沃就提出了这3种“味”的中微子很有可能互相来回地转化,称为“中微子振荡”。在太阳内部的热核燃烧过程中产生的中微子都是νｅ。但它们在从太阳到地球的漫长行进过程中,νｅ不断地转化为νμ和ντ。     

宇宙中的变色龙

正半个多世纪前,蓬泰科尔沃有两个至关重要的认识,它们是解决太阳中微子之谜的关键。第一个深刻的认识是,存在不止一种类型的中微子。他在检验一个被称为μ子的不稳定粒子的衰变时得出了这个结论。μ子属于轻子家族,这个家族中还有电子和中微子。轻子不参与强相互作用,它们是物质的基本构建模块。μ子也带负电荷,但质量是电子的约200倍,并且在其碎裂之前,只有一百万分之二秒的寿命。蓬泰科尔沃提出μ子     

中微子六十年

 三、存在几种类型的中微子?前面我们介绍的中微子都是在电子的放射（β^&#177;衰变）和吸收（K-俘获）过程中产生的,这类中微子称为电子中微子,用ν_?（电子中微子）和（?）（电子反中微子）表示.除电子中微子外,后来还发现了μ子中微子和τ子中微子.50年代,人们逐步认识到,安德逊在1936年发现的粒子-μ子与电子有许多共同点:1)电子和其反粒子正电子的电荷分别为-1和+1,没有中性电子;μ^-子和其反粒子μ⁺的电荷也分别为-1和+1,没有中性的μ子;2)电子和正电子具有自旋1/2,μ^-和μ⁺的自旋也是1/2;3)正、负电子.     

2002年诺贝尔物理奖的启示

本文论述2002年诺贝尔物理奖获得者,R.Davis在探测太阳中微子丢失的成就;M.Koshiba在证实存在太阳中微子丢失,探测超新星中微子和大气μ中微子丢失以及证明μ中微子振荡的成就。此外,本文还叙述2002年诺贝尔物理奖给我们的启示。     

探测到τ子型中微子存在的直接证据

 众所周知,按照粒子物理学标准模型和理论,物质应该由１２种基本粒子所构成,它们包括６种夸克和６种轻子。夸克包括下、上、奇异、粲、底、顶６种。轻子包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。至１９９５年,科学家通过多种实验手段已先后陆续探测到了除τ子中微子以外的１１种基本粒子,２０００年又发现了τ子中微子存在的直接证据。１９７８年,美国斯坦福大学物理学家马丁·佩尔从实验上发现了τ轻子,表明了τ子中微子的存在,从而荣获１９９５年诺贝尔物理学奖。但由于τ子中微子不带电,又几乎不与周围物质相互作用,所以科学家很难直接探测到它。     

卡姆兰德实验发现反应堆中微子消失

 由日、美、中科学家组成的卡姆兰德(KamLAND)实验组在2002年12月6日宣布发现了核反应堆中产生的电子反中微子消失的现象。这意味着反应堆中产生的电子反中微子发生振荡,变成了另一种没有被探测到的中微子。这项重要的实验结果确证了太阳中微子振荡,并确定了中微子振荡的关键参数,是近年来与中微子有关的一系列重大发现之一,对粒子物理、天体物理和宇宙学具有重大意义。1.中微子及其质量中微子是一种非常小的基本粒子,几乎不与任何物质发生作用,很难发现和探测。1930年泡利为了解释原子核β衰变时能量似乎不守恒的问题时,提出是一种不可探测的中性粒子带走了能量。     

中微子在介质中的共振振荡

 根据强、弱和电磁相互作用的大统一模型,如果中微子的质量不为零,就可能混合——在弱相互作用中产生的中微子的态v_e、v_μ、v_r是质量分别为m₁、m₂、m₃的中微子v₁、v₂、v₃的正交组合,混合的结果是中微子的振荡——一种中微子周期性地转变为另一种中微子的过程.Mikheyev和Smirnov指出,中微子在介质中振荡时,其混合角由于受物质的影响而“共振放大”,出现更强的振荡现象,称为“共振振荡”,为消除太阳中微子实验和中微子振荡实验的矛盾提供了新的理论.     

Higgs粒子初露端倪

最近几年 ,全世界的粒子物理学家都会注视位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心ＣＥＲＮ的大型电子正电子对撞机ＬＥＰ寻找Ｈｉｇｇｓ粒子的实验结果 .粒子物理的标准模型认为 ,构成物质的最小单元是轻子和夸克 .共有 6种轻子 ,它们是电子和电子中微子、μ子和 μ中微子、τ子和τ中微子 ;6种夸克 ,它们是上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克 .传递相互作用的粒子是光子、中间玻色子(Ｗ ,Ｗ-,Ｚ0 )和胶子 .而由于存在Ｈｉｇｇｓ粒子 ,产生真空对称性的自发破缺 ,上述所有有质量的粒子的质量都是通过与Ｈｉｇｇｓ场相互作用而获得的…     

谈谈大亚湾中微子实验的探测器

 大亚湾反应堆中微子实验用近远点相对测量的办法探测中微子振荡。具体地讲, 大亚湾实验有三个实验厅, 两个近点实验厅和一个远点实验厅。近点探测器探测到的反电子中微子事例用来监测中微子的流强和能谱。     

加速器中微子

 加速器是研究微观世界的重要工具。缪中微子与陶中微子均是通过质子加速后打靶产生介子衰变被首次发现。加速器产生的中微子束流,具有能量高、流强大、方向性好等特点,因此非常适用于进行中微子的研究。国际上短基线加速器实验被应用于研究中微子与物质的相互作用,以及寻找新型中微子等。而长基线实验则主要用于研究中微子振荡和测量振荡参数。下一代加速器中微子实验将致力于提高中微子流强和探测器体积及性能,从而研究中微子质量顺序和轻子CP破坏等重要的物理问题。     

高能物理学的进展

迄今为止,高能物理中已发现了数百种粒子.根据它们的性质,粒子可以分为三类:强子、轻子和媒介子.强子是参与强相互作用的粒子的总称,质子、中子、超子、π介子、K介子、J/ψ粒子等都属于这一类,此类粒子最多,占粒子种类的绝大部分.它们都是由层子或层子和反层子构成.轻子仅参与弱相互作用和电磁相互作用,不参与强相互作用,它们是电子、电子型中微子、μ子、μ型中微子、τ轻子、τ型中微子以及这些粒子的反粒子.媒介子是传递相互作用的粒子,如光子传递电磁相互作用;又如四年前发现的W±和Z0粒子是传递弱相互作用的中间玻色子;胶子是传递强…     

反应堆实验揭示中微子振荡的第三个混合角

大亚湾反应堆中微子实验近El公布了一个大家久久等候的实验结果．测量到反应堆产生的电子反中微子在传播不同距离后的微小丢失后,大亚湾国际合作组宣布,有足够的证据表明,描述中微子振荡的第三个混合角θ13。不为零．不仅如此,θ13。的值出人意料地大,因此实验家们现在就可以开始研究中微子在形成宇宙物质一反物质不对称现象中扮演的角色①．     

2002年诺贝尔物理奖的启示

本文论述2002年诺贝尔物理奖获得者，R．Davis在探测太阳中微子丢失的成就；M．Koshiba在证实存在太阳中微子丢失，探测超新星中微子和大气μ中微子丢失以及证明μ中微子振荡的成就。此外，本文还叙述2002年诺贝尔物理奖给我们的启示。     

科学家正在揭开太阳中的微子之谜

揭开太阳中微子之谜已成为即将过去的 2 0 0 1年物理界最引人注目的事件之一 ,著名俄罗斯物理学家、科学院院士维塔利·金兹堡在接受俄通社 -塔斯社记者采访时指出 ,“问题在于 ,在所有实验中记录的来自太阳的中微子流都低于理论预期值 ,这种偏差已成为激烈科学争论的原因 ,这一问题会影响到我们关于太阳内部结构以及太阳内部发生核反应的概念是否正确。现在我们只知道 3种中微子———电子中微子、μ子中微子和τ子中微子 ,物理学家在一定程度上相信 ,实验也将继续证明 ,这几种中微子在从太阳内部飞向地球的过程中一定会互相转化。这非常重…