无中微子双贝塔衰变：寻找马约拉纳中微子之路

无中微子双贝塔衰变是目前粒子物理与核物理学家积极寻找的一种极其稀有的原子核衰变模式。它的发现将验证中微子是否是其本身的反粒子,也就是通常指的马约拉纳费米子。同时这一物理过程破坏轻子数守恒,也可以为宇宙初期的正反物质不对称性提供重要的条件。鉴于其极重要的物理意义,国际上多个实验组利用不同的探测器技术,在多种不同的目标同位素中寻找这一突破粒子物理标准模型的稀有衰变。目前主流实验还未发现确定的无中微子双贝塔衰变信号,但对其半衰期的限制已经达到了1026年量级。国内近期也开展了一系列预研实验,期望在未来几年内可以确定一到两个切实可行的实验方案,开展吨级实验。     

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?     

寻找无中微子双beta衰变

正中微子有3种可能的质量状态,其质量大约是电子的百万分之一。这种巨大的差别意味着中微子质量的起源与所有其他费米子不同,涉及超出标准模型的物理。多数由标准模型推广出来的理论都认为中微子是马约拉纳(Majorana)粒子。就是说,它们是本身的反粒子。如果中微子是马约拉纳粒子,那么就违反了轻子数守恒,轻子数是赋予所有轻子的量子数,对于电子和中微子是1,而它们的反粒子是-1。在双中微子beta衰变(图左)     

无中微子双贝塔衰变

 无中微子双贝塔衰变,好一个拗口的名词!还记得泡利1930年为了解释贝塔衰变连续能谱而纠结地发明了中微子么?原子核中一个中子变为质子的衰变叫贝塔衰变,如果有两个中子同时变为两个质子的衰变叫双贝塔衰变,这个好像并不难理解。     

探索凝聚态中的马约拉纳粒子专题编者按

正年轻的意大利理论物理学家马约拉纳在1937年研究狄拉克方程时,发现了一种奇异的粒子,其反粒子即其粒子本身.这种奇异粒子被后人称为马约拉纳粒子.在已知的基本粒子世界,除了中微子,都不是马约拉纳粒子(Majorana),而中微子是否是马约拉纳粒子尚待实验检测.最近以来,探     

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…     

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。     

CERN中微子将穿越阿尔卑斯山

据《ＣＥＲＮ快报》报道,在努力扩大欧洲粒子物理合作研究运动中,ＣＥＲＮ正与意大利国立核物理所进行一项新的合作计划．一条高能中微子束流将从ＣＥＲＮ送到距ＣＥＲＮ ７３０ｋｍ、距罗马１２０ｋｍ的意大利格朗萨松实验室的探测器上． 中微子无需通过隧道就能穿过山区,它们中间的大多数能够穿透岩石．中微子束流甚至能够穿透１３０００千米的地球．中微子的损失很小,这就使中微子实验可以进行．如果有大量的中微子,就可能有足够的数量的中微子发生相互作用,产生出可以探测到的信号．在由ＣＥＡＮ送往格朗萨松实验室的 １０１８个…     

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。     

大亚湾反应堆中微子实验专题

大亚湾反应堆中微子实验是一个大型粒子物理国际合作实验。实验地点在广东省大亚湾核电站,距深圳和香港各约50千米。通过探测核反应堆中产生的中微子,大亚湾实验将精确测量中微子混合参数θ13(?)它的精确测量具有重大的科学意义。θ13是自然界最基本的未知参数之一,其数值的大小决定了未来中微子物理研究的发展方向,并且或许与宇宙中"反物质消失之谜"有关     

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。     

48Ca无中微子双β衰变的寿命下限

本文报道国内首次开展的双β衰变实验研究工作.国产大尺寸CaF₂闪烁晶体既用来做为探测器,又做为双β衰变的放射源.数据采集总共7588.5小时.实验给出⁴⁸Ca无中微子双β衰变的寿命下限T_1/2>1.1×10²²年(68%C.L.);由理论推算相应的中微子质量v≤8eV;右手流混合参量η的限值η≤0.69×10^－5.     

大亚湾反应堆中微子实验

中微子振荡是目前唯一超出粒子物理标准模型的新现象，它证明了中微子质量不为零，对粒子物理、天体物理与宇宙学均有非常重要的意义．在描述中微子振荡的6个参数中，目前仍有两个未知：交叉混合角θ13与CP相角δ．作者建议在大亚湾反应堆附近建设一个中微子实验站，测量混合角sin^2θ13，在90％的置信度下达到0．01的精度，较过去的实验提高近一个数量级．这将对中微子物理的未来发展提供方向性指导，特别是对理解宇宙中“反物质消失之谜”具有重要意义．     

自然界存在3种不同类型中微子的实验证据

 一、证实电子中微子存在的实验中微子是泡利于1930年为了解释核的β衰变中电子的能量是一个连续谱而假设存在的粒子,可是人们一直未能从实验上证明中微子的存在。1941年,王淦昌先生建议用原子核的K电子俘获测原子核的反冲能量来证明中微子的存在。     

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）.     

太阳中微子问题研究进展

系统评述了国际上对太阳中微子研究的进展 ,说明了核物理实验对研究太阳中微子问题作出的贡献 ,对未来的中微子实验作了展望.The comparison between experimental results and theoretical predictions has yielded the solar neutrino problem. Over the years, the large communities of astrophysics and of nuclear physics took enormous efforts in solving this problem. The current progress on the study of solar neutrino problem is reviewed. Nuclear physics can make a significant contribution to this problem. The importance of the nuclear physics experiment is introduced. To minimize the uncertainties of neutrino detection has led to new...     

中微子的探索

从中微子概念的提出、中微子的发现及中微子振荡等方面,回顾了对中微子的探索历程.着重叙述了1988年、1995年、2002年获得诺贝尔物理学奖的中微子研究成果及我国大亚湾中微子实验的重大成就,并扼要介绍了未来的中微子研究方向.     

中微子层出不穷de神秘故事

 在基本粒子的大家庭里,没有任何一个粒子,象中微子那样,那么令人不可捉摸,那么令人困惑,而又那么地充满生机.它伴随着整个近代物理的发展,引出一系列层出不穷的神秘故事.一、中微子的生日要考证中微子的生日,不是一件容易的事.最早的可信证据,是一九三○年十二月四日,当时年仅三十岁的泡里,在给图宾根的“从事放射性工作的女士们和先生们”的一封信中提及.在这封信中,为了解释β衰变丢失的能量以及所谓的“氮的危机”,泡里提出了关于存在一种探测不到的粒子的假设.     

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