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。     

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。     

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。     

“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。     

生命起源中的能量转换问题

 生命起源问题是人类所面临的关于自然本质的几个未解之谜之一。所谓生命起源简而言之就是研究物质如何在自然条件下由“死”变“活”的问题。     

太阳的故事——太阳的脉搏

 为了回答上一篇末尾的问题,即“有没有什么手段,能像太阳中微子带给我们核心区的信息那样,带给我们有关对流区深处及辐射区的信息呢？”让我们把时钟拨到1960 年。那一年,在意大利科摩湖畔的一座美丽小镇召开了一次天文学会议。在会上,来自美国威尔逊山天文台的天文学家莱顿作了一个学术报告。     

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.     

人类能创造自己的太阳吗?

 悬挂在我们头顶上的耀眼的太阳究竟是什么样子的?在这个永不熄灭的熊熊“火炉”里燃烧的究竟是什么东西?--当自然科学开始萌芽时,人类就在不断思索着这个问题,并开始对太阳进行不倦的探索.     

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     

太阳的故事——谜团锦簇的太阳大气层

 我们的太阳故事到这里已接近尾声了。在本节中,我们将探索太阳的最后一个组成部分:大气层。那是一个肉眼通常难以窥视的地方,但利用各种仪器的帮助及日全食的机会,天文学家们已经对它进行了颇为细致的观测。观测的结果如何呢？概括地说是四个字:谜团锦簇。事实上,在这个谜团锦簇的太阳大气层中,我们将要面对的谜团可能要比在前面各节中遇到的加起来还多。这是因为太阳大气层比太阳内部更复杂吗？未必。更有可能的原因是我们对太阳大气层的观测远比对太阳内部来得细致。有一句西方俗语说得好:魔鬼存在于细节之中,太阳大气层无疑就是一个例子。     

物理学中的悖论

 悖论，又称佯谬，就是逻辑矛盾。它是一个哲学命题：假设该命题为真，则可逻辑地推导出它为假，反之亦然。举一个大家都熟悉的例子--“两小儿论辩”：孔子到东方游历，途中看见两个小孩在争论，就问他们辩论什么，一个小孩说：“我认为太阳刚出来时距离人近，而正午时距离人远。”另一个小孩却认为太阳刚出来时离人远，而正午时离人近。前一个小孩解释说：“太阳刚出来时大得像车上的篷盖，等到正午时就像盘子碗口那样小，这不正是远的显得小而近的显得大吗？”另一个小孩反驳说：“太阳刚出来时清清凉凉，等到正午时就热得像把手伸进热水里一样，这不正是近的就觉得热，远的就觉得凉吗？”两个小孩的观点各有依据，让孔子难断是非，两个小孩嘲笑说：“谁说你多智慧呢?”这就是一个悖论，而且是一个与物理学有关的悖论。     

太阳中微子之谜可能和解

 近来,欧洲核子研究中心(CERN)一位研究人员道格拉斯·莫里森指出,过去25年来一直使物理学家感到困惑的太阳中微子之谜可能得到解决,他认为,实验与理论之间的不一致可以归结为实验误差及有关太阳活动理论的不适当。从前,以陆上为基地的实验测得的来自太阳的中微子数量要比由太阳内部活动理论预言的少。     

质子的衰变——兼谈一道中学物理竞赛题

 生命是短暂的,所有动物和植物都会衰亡.大多数粒子的“寿命”则更为短暂,即使“长寿”的自由中子,其寿命不过十几分钟.中子衰变后产生三个较轻的粒子:质子、电子和反中微子（n°→p⁺+e^- +（?）_e）;其他许多粒子的“寿命”只是一瞬间(10^-22～10^-10秒).那些似乎永恒的东西--山川、日月、银河等其实也总有消亡的那一天.     

中国太阳物理观测研究跃居世界先进水平

 国际天文学联合会(IAU)第141次学术讨论会于去年9月在北京举行.笔者在参加会时了解到,近年来我国在太阳物理研究方面取得了很多成果,引起了世界太阳物理学界的关注.我国学者艾国祥、汪景琇在会上作了特邀报告.艾国祥报告题目是“太阳磁场测量的进展”,江景琇报告题目是“磁场向量的分析”.他们的报告引起与会者的极大兴趣和热烈讨论.国外许多专家学者认为,中国在太阳活动22周峰年期间的黑子群和太阳耀斑爆发研究中,特别是近年在太阳磁场和速度场的观测研究方面已跃居世界领先地位.     

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     

天文学家发现了“新的太阳系”——飞马座51附近发现一颗行星

 如果天文学家们没有搞错,人们终于发现了围绕除太阳之外的恒星运转的行星。许多人从孩童时代起就期盼着这一发现。许多世纪以来,其他恒星是否有行星系这个问题一直是天文学的未解之谜。世世代代的教科书都教育人们为什么不可能观测到那些围绕哪怕是最近的恒星运转的行星,因为行星太暗了,而又淹没在它们的恒星的强烈的光辉之中。     

探索地外智慧生命

 晴朗无月的夜晚,在远离城市灯光的平原上,人们用肉眼能够看到的星星大约总共6000多颗,由于另一半球的星星在地平线以下,所以,一个晚上人们实际看到的星星不过3000多颗。事实上,广袤无垠的宇宙中存在着无数的恒星--遥远的“太阳”。我们太阳系所在的银河系恒星总数约达二三千亿颗。据天文学家观测估计,我们的宇宙中存在10¹¹个类似于银河系的恒星系(称为河外星系〕。     

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。     

科苑快讯

失踪的太阳中微子终于找到了据《科技日报》报道 :自 2 0 0 0年美日韩科学家发表实验结果 ,确认中微子有质量后 ,近日由加拿大、英国和美国的科学家组成的国际物理学科研小组宣布 ,他们在加拿大萨德伯里中微子观测台进行的实验中又发现 ,太阳中微子失踪的原因在于中微子在从太阳到地球的旅途中本身特性发生变化。这一发现揭开了 30多年来困扰物理学界的中微子失踪之谜。近代粒子物理理论认为 ,中微子是一种不带电、质量很小的基本粒子 ,分为电子中微子、μ介子中微子和τ中微子 3种形式。中微子极少与其他粒子相互作用 ,因而“行径诡秘” ,…     

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。