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。     

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。     

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。     

中微子振荡与中微子的静止质量

简要回顾了中微子的发现过程,论述了中微子的基本性质及三种不同类型的中微子,讨论了中微子振荡的最新实验结果及其与中微子静止质量的关系,指出了中微子的静止质量在物理学与天文学中的重要性以及确定中微子的静止质量有待进一步解决的问题。     

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。     

中微子振荡和中微子质量

本文介绍了目前中微子振荡和中微子质量研究的一般状况,其中包括各种实验方法,所取得的结果和今后发展方向。     

反应堆中微子

 在1930年,泡利(W.Pauli)提出中微子假说之后,反应堆中微子的研究在粒子物理学的发展中起到了重要的推动作用。1956年,莱因斯(F.Reines)和柯温(C.Cowan)首次探测到反应堆发出的中微子,从实验上确认了中微子的存在,证实了泡利提出的中微子假说。     

中微子

中微子是最易逃逸的基本粒子。1962年发现有几种中微子,从而弄清楚了一些老问题,同时又提出了一些有关弱相互作用性质及中微子本身性质的新问题。     

中微子宇宙学

 中微子在许多方面影响了宇宙的演化,是宇宙学研究中不可忽视的一种重要粒子。另一方面,宇宙学观测也为测定中微子的种类、质量和性质提供了强有力的工具。本文略述宇宙背景中微子的产生、对原初核合成的作用、中微子在宇宙结构形成中的影响,进而说明根据这些作用,可以利用现代宇宙学观测数据对中微子给出的测量和限制结果。     

认识中微子

由于中微子的作用截面很小而不容易被探测和认识，从而人们给予中微子一些独特的性质，如中微子没有确定的内禀宇称，没有静止质量和磁矩或存在所谓中微子振荡现象等。     

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.     

利用大亚湾中微子实验装置探测超新星中微子

在利用大亚湾中微子实验装置研究超新星中微子探测过程中, 需要考虑到中微子传播过程中受到各种效应的影响, 包括超新星震荡效应、中微子集体效应、 Mikheyev Smirnov Wolfenstein (MSW)效应和地球物质效应等。 由于超新星中微子受到这些效应, 不同味道的中微子之间振荡会发生变化, 因而利用探测某些超新星中微子事例数之比, 就有可能确定中微子的质量层次,得到中微子混合角θ13和中微子绝对质量的信息。 While detecting supernova neutrinos in the Daya Bay neutrino laboratory, several supernova neutrino effects need to be considered, including the supernova shock effects, the neutrino collective effects, the Mikheyev Smirnov Wolfenstein (MSW) effects, and the Earth matter effects. The phenomena of neutrino oscillation is affected by the above effects. Using some ratios of the event numbers of different supernova neutrinos, we propose some possible methods to identify the mass hierarchy and acquire information about the neutrino mixing angle θ13 and neutrino masses.     

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）.     

高能中微子天文

 2013年,南极的IceCube中微子天文台报告首次探测到了来自地外的TeV-PeV(注:TeV=10¹²eV,PeV=10¹⁵eV)高能中微子,为人类探索宇宙打开了一扇全新的窗口,标志着高能中微子天文时代的开启。此前人类已经探测到来自太阳和超新星1987A的地外中微子,但是这些都是核反应层次的MeV量级的中微子,而IceCube的中微子是粒子反应层次的,至少是TeV量级以上,所以需要强调是高能中微子加以区别。     

难以捉摸的惰性中微子

<正>中微子总是带来惊奇。Wolfgang Pauli于1930年推测了中微子的存在。后来,物理学家们了解到中微子振荡,即已知的3种"味"(电子、μ子和τ子)的中微子在空间飞行时,周期性地相互转换。最近又发现,决定着中微子振荡的参数与理论预期截然不同。近来,费米实验室的MiniBooNE实验数据表明,μ中微子转换成电子中微子所飞过的距离,比通常发生中微子振荡的距离短得多。20世纪90年代末,Los Alamos的液体闪     

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.     

大亚湾中微子实验

中微子充斥于整个宇宙,可是它看不见、摸不着,很难找到它的踪迹。大亚湾中微子实验要测定的中微子混合角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,并且与宇宙中"反物质消失之谜"有关。在我国广东省的大亚湾,坐落着世界上最大的核反应堆群,这里依山傍海,有利于屏蔽宇宙线、减小实验本底,是开展反应堆中微子实验极佳的地方。科学家在这里建设大亚湾中微子实验装置,建造隧道,研制和安装探测器,工程涉及大量