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。     

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…     

发现τ中微子是对自然规律更深的认识

 据《科技日报》８月１日华凌报道,经历２０多年的搜寻,由美、日、韩、希腊等国５４名科学家组成的国际合作组于７月２０日宣布．利用美国费米实验室的加速器,首次发现了能够证明自然界中最捉摸不定、小得令人难以置信的最后一种微小粒子──。中微子存在的直接证据,这项突破性的成果宣布后在物理学界引起了极大的反响,中微子的发现在人类科学发展史上究竟有何重大意义呢？笔者带着有关问题走访了中国科学院高能物理所所长陈和生,他做了如下评介：自１８９７年,科学家通过实验首先发现了电子,约百年后１９９５年检测到了第１１个基本粒子,到本世纪末发现的最后一个粒子τ中做子,这对于验证粒子物理学标准模型又走出了关键性的一步．     

大气中微子及中微子振荡的发现

 未来的粒子物理学史上会提到:1998年和2015年在中微子物理的发展和粒子物理标准模型(Standard Model)的完善上是非常值得纪念的两个年份——1998年,超级神冈中微子探测实验(Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment,简称Super-Kamiokande,也简称Super-K)的物理学家们在大气中微子数据中发现了大气中微子振荡毋庸置疑的直接证据;2015年,Super-K这个意义深远的发现让日本东京大学的梶田隆章(T.Kajita)教授同SNO实验的前发言人加拿大皇后大学的麦克唐纳(A.McDonald)教授一起获得了2015年的诺贝尔物理学奖。     

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。     

后中微子振荡发现的实验进展与展望

2015年诺贝尔物理学奖授予了发现中微子振荡也就是中微子有质量的实验。这个发现是至今为止,粒子物理标准模型——这一得到广泛实验验证的理论中唯一指明存在新物理的明显证据。文章将介绍中微子振荡发现以后主要的中微子实验物理目标、采用的探测技术、实验状况及其未来展望。     

希格斯粒子性质测量

2012年大型强子对撞机上的ATLAS和CMS实验发现希格斯粒子,这是粒子物理发展的一个里程碑。这一重大发现揭示了基本粒子质量的起源,极大地深化了人类对于物质世界的认知。希格斯粒子发现之后,测量希格斯粒子的性质是检验粒子物理标准模型并寻找新物理的重要途径。文章从质量、自旋、宇称和耦合等方面介绍希格斯粒子的性质测量。     

我们为什么提出建造环形正负电子对撞机

一、粒子物理和标准模型自从20世纪30年代物理学家建立了原子模型之后,人类对亚原子和更深层次物质结构、相互作用和自然规律的实验、理论的探索和研究揭示了自然界基本粒子的存在和他们的特性,以及由这些基本粒子组成的各类介子,重子,原子,分子和它们形成的丰富和多样的自然物质世界。     

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。     

《科学》公布2012年度十大科学突破大亚湾中微子实验成果上榜

12月20日,美国《科学》杂志公布了2012年度十大科学突破,大亚湾中微子实验发现中微子第三种振荡模式的成果上榜。《科学》指出,"数百名在中国大亚湾反应堆中微子实验中工作的研究人员报告了一个模型的最后的未知参数,该模型描述了被称作中微子的这种难以捉摸的粒子在以接近光速穿行时,如何从一种类型(或‘味道’)变形为另一种类型。这些结果显示,中微子和反中微子可能会以不同的方式改变其味道,并提示中微子物理可能     

中微子对宇宙大尺度结构的非线性效应

中微子的特性是现代物理学的重大问题之一。在粒子物理标准模型中有三类中微子,中微子振荡实验测量出不同中微子的质量平方差,表明中微子的质量总和不为零,并给出了中微子质量和的下限:0.05eV。中微子质量对宇宙演化有着复杂的影响。在宇宙早期,中微子为相对论性粒子,作为辐射能量密度,从而改变了物质辐射的能量密度比。基于此效应,宇宙微波背景辐射(CMB)的观测给出了中微子质量总和的上限:0.2eV。     

诺奖得主麦克唐纳谈中微子、大型对撞机与创新

<正>2015年,加拿大女王大学的阿瑟·麦克唐纳教授(Arthur B.McDonald)与日本东京大学的梶田隆章教授(Takaaki Kajita)共同分享年度诺贝尔物理学奖,因为他们分别领导加拿大萨德伯里中微子观测站实验(SNO)和日本超级神冈实验(Super-Kamiokande)发现太阳和大气中微子振荡现象,证明中微子有质量。这也是存在超出粒子物理标准模型的新物理的确凿实验证据。     

美国粒子物理P5报告的一些评论

<正>美国粒子物理P5报告综合了全球同行广泛的意见和二十多位世界著名专家的评审意见,在全球化的大背景以及有限的资源配置下构筑美国粒子物理中长期的战略计划,使得美国在粒子物理的最前沿能继续保持领先的地位和促进新的重大发现。报告中建议优先获得资助的前沿研究课题对中国粒子物理学界未来的发展规划极具参考价值。例如希格斯物理,研究与中微子质量相关的物理,寻找暗物质,了解宇宙的加     

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)     

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。     

中微子质量的起源

 日本东京大学的梶田隆章(T.Kajita)教授与加拿大女王大学的麦克唐纳(A.McDonald)教授分享了2015年的诺贝尔物理学奖,因为他们分别领导超级神冈实验和萨德伯里中微子观测站实验并发现了大气和太阳中微子振荡现象,该现象证明中微子具有静止质量。这一重大发现同时也表明粒子物理学标准模型并不完整,我们需要超出标准模型的新物理来解释中微子质量起源和轻子味混合。     

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。     

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．     

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。