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。     

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^±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.     

中微子及其家族

 ２００１年１月３日《科技日报》公布的“２０００年国际十大科技新闻”之一：“科学家发现τ子中微子存在的证据”称,“２０００年７月２０日,美国费米实验室宣布,美国、日本、希腊和韩国的５４位科学家经过３年的合作研究,首次发现了表明τ子中微子存在的直接证据。至此,粒子物理学标准模型中的１２种基本粒子已经全部被直接或间接探测到。τ子中微子的发现对揭开物质构成之谜以及探索宇宙天体奥秘具有深远意义。”为了理解这项科学发现的意义,我们首先介绍原子核和放射性原子核。从不稳定原子核β衰变的研究中,泡利预言了中微子。然后我们讲述物质世界中４种基本的相互作用和组成物质世界的１２种基本的费米子     

太阳中微子失踪案和中微子振荡

 《科技日报》公布的2000年国际十大科技新闻的第5条“中微子质量已成定论”报道说:“2000年6月17日,在加拿大卡尔加里召开的国际中微子科学会议上,日本和美国的科学家小组发表论文,阐述了太阳中微子有质量的理论和实验报告,受到会议的肯定,结束了中微子有无质量的长期争论。7月17日,美、日、韩3国科学家发表最新实验结果,确认中微子有质量的概率达95%”。中微子有质量意味着什么?为了使读者了解它,本文首先介绍著名的“太阳中微子失踪案”,然后进一步介绍与中微子质量问题密切相关的“中微子振荡”问题。     

“太阳中微子失踪案和中微子振荡”一文中的若干问题

 《现代物理知识》2002年第一期和第二期连载了彭秋和先生的文章:“太阳中微子失踪案和中微子振荡”。这篇文章系统地介绍了太阳中微子问题的来龙去脉,内容丰富,可读性强。然而文中对中微子质量和中微子振荡的叙述有几处严重失实。     

中微子质量之探索

 中微子是自旋为1/2的轻子,有电子中微子、μ子中微子、τ子中微子三种不同形态。由于中微子不带电,仅参与弱相互作用,不参与强相互作用和电磁相互作用,反应截面极小,所以很难在实验中观测到,对其质量的研究更是困难重重。探索中微子质量的意义中微子质量的研究对最微观的粒子物理规律和最宏观的天体物理、宇宙起源及演化都有重大意义,是探索粒子物理标准模型之外新物理的突破口与关键所在。在传统的粒子物理标准模型中,二分量中微子理论和轻子数守恒定律要求中微子静止质量为零。因为若中微子质量不为零,则根据爱因斯坦相对论,其速度必定低于光速,这样就会出现速度超过中微子的观察者。     

中微子物理若干前沿问题

 在过去的几年间,大量的实验结果已经表明中微子有非零质量以及轻子味混合。这一进展为我们打开了一个全新的值得探索的基本粒子世界。关于中微子我们已经知道了多少,我们想要发现什么?本文将从理论与唯象的观点进行阐述。目前中微子物理的前沿问题主要包括:中微子真的发生味转化吗?有几代中微子?存在惰性中微子吗?中微子的质量是多少?中微子是马约拉纳粒子还是狄拉克粒子?轻子味混合矩阵的混合角有多大?轻子味混合矩阵包含CP破坏位相吗?如果包含,那么在中微子振荡和无中微子双β衰变中,这些位相会导致可探测的CP破坏效应吗?     

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）.     

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2001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。     

中微子振荡和太阳中微子

现在,普遍相信至少有三种(或三“味”)中微子,分别表示为ν_e,ν_μ和ν_τ。也有三种相应的反中微子ν_e,ν_μ和ν_τ。它们之间的区别在于其相互作用不同。ν_e是原子核在β衰变时同正电子一道发射出的粒子,也是预期会由太阳发射出的一种中微子。ν_μ是μ子和π介子衰变时发射出的。ν_τ还从未被直接探测到,但通常认为τ轻子衰变时会发射出ν_τ粒子。 费米在他第一篇关于β衰变理论的论文中提出了中微子质量问题,并指出高能端电子谱对中微子质量是敏感的。近年来,关于中微子质量的实验集中于研究氚的β衰变 3H→3He + e~-+ v_e释放出…     

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。     

中微子六十年

 1930年12月泡利提出中微子的假设以来,已整整60年了.今天,中微子这个没有大小、没有质量（至少尚未测到）、没有电荷的“怪”粒子,不再是科学家的一种假设,而是充满整个宇宙的稳定粒子.它们与带电轻子、夸克以及电弱作用的传递子-光子,中间玻色子Z⁰,W^±,强色相互作用的传递子-胶子,引力作用的传递子-引力子-起,支配着整个宇宙.     

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。     

顶夸克为什么这么重?

 在费米实验室Tevatron质子-反质子对撞机上的CDF实验得到了第六味夸克(顶夸克)存在的证据(今年三月份,D0和CDF实验组同时宣布他们观测到了顶夸克--译者注),它使大家的注意力集中到了标准模型中的粒子的不寻常质量模式上。标准模型包含有三对夸克、三种带电轻子(电子、μ子和τ轻子)和其对应的三种中微子。夸克之间通过胶子“场”进行相互作用,同时也进行弱电相互作用。     

破解太阳中微子失踪之谜

 2001至2003这3年时间里,太阳中微子的研究进入了一个黄金时期。在这个时期中,一个困扰了物理学家40年的难题被漂亮地解决了。这个难题的解决对于物理学和天文学来说都非常重要。本文将简要回顾3年来关于太阳中微子研究的惊人进展。太阳中微子的产生20世纪上半叶,物理学家们普遍相信太阳发光图1太阳内部的典型核聚变反应是由于其内部不断发生从氢到氦的核聚变反应。根据这一理论,在太阳内部每4个氢核(即质子)转化成1个氦核(4He)、2个正电子(e+)和2个神秘的中微子(νe),见图1所示。     

太阳中微子问题与非标准电弱模型

非标准电弱模型似乎可以说明长达二十几年的太阳中微子问题，３类不同味的中微子可以彼此振荡地转变．但这个模型要求中微子必须具有质量，从而将带来粒子物理学沉重而激动人心的变革．新的实验正在探索发现中微子振荡的证据     

中微子物理

近十几年来积累的数据表明,有相当数量的太阳中微子流在从太阳到地球探测器的漫长旅程中丢失了。最新的大气中微子实验结果指出,宇宙射线引起的大气中νμ与νｅ的比例不是原有理论预言的２：１,而是接近１：１,而且发现从上而下的νμ数目比从下而上的多,νｅ的数量却基本不变,这两种现象可能是源于中微子振荡或其他的机制,然而这些机制并没有包含在２０世纪的最成功的理论－最小标准模型中。换言之,要合理解释反观测到的中     

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…     

高能e+e-物理成就与展望（二）

 六、发现τ轻子餐夸克发现以后,在物质的两类基本组成单元--夸克和轻子之间形成了一个对称的图象:两对轻子,即电子和电子型中微子(v_?)、μ子和μ子型中微子（v_μ）,对应于两对夸克,即上（μ）和下（d）、粲（c）和奇异（s）.它们可以分为两“代”:第一代是u,d,e,v_a,第二代是c,s,μ,v_μ.两代成员依次一一对应,对应的成员具有相同性质,区别主要表现在质量上面,第二代的比第一代的大.     

探索中微子之谜:回顾与展望

中微子的静质量是２０世纪末物理学中一个有待解决的重要问题,它在粒子物理学、宇宙学和天体物理学中占有重要的地位。文章首先评述了太阳中微子实验、大气中微子实验、超新星中微子实验和加速器中微子实验的历史、现状和发展。多年来的实验显示,中微子具有不为零的静质量,可以通过 不同的味之间转换。至少有两个理论描述了中微子振荡,即真空振荡机制和ＭＳＷ机制,文章讨论了这两个理论及其实验判据。最后,介绍了测量中微子静