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” ,…     

中微子的发现

中微子是基本粒子家族中重要且具有特色的成员之一,它不带电,只参加弱相互作用,现其他物质发生相互作用的几率很小。因此,人们不容易捕捉到中微子,用实验证实其存在十分困难,从中微子思想的提出到证实其存在经历了长达二十多个春秋,这一过程中凝结了许多科学家的智慧和心血,文章对此作了探讨。     

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。     

中微子的静质量

中微子和它的反粒子──反中微子是一类很奇怪的基本粒子.它是宇宙中数量最多的一种粒子.宇宙中光子的数量大约是量子的 108倍,而中微子比光子还要多.可是,由于它与物质的相互作用很弱,很难对它作直接的观测,至今人们对它的基本性质还了解得很有限. 通常都认为它的静质量是零,因此以光速运动.它不仅不带电荷,而且没有磁矩.它不参与强相互作用和电磁相互作用,只有弱相互作用.世界上只有左旋的中微子(自旋方向与运动方向相反)和右旋的反中微子(自旋方向与运动方向相同),不存在右旋的中微子和左旋的反中微子.与电子、μ子和重轻子(子)相应,中微…     

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?     

美国费米国家实验室首次报道了τ中微子存在的直接证据

美国费米国家实验室于 2 0 0 0年 7月 2 1日正式宣布 :τ中微子的第一个直接证据已在该实验室和加速器实验中观察到了 .在粒子物理标准模型的“基本粒子周期表”(见表 1)中 ,物质粒子一共有 12个成员 ,包括 6个夸克(ｄ ,ｕ ,ｓ ,ｃ ,ｂ ,ｔ)和 6个轻子 (ｅ ,νｅ,μ ,νμ,τ ,ντ) .这些构成物质基本单元的粒子都是费米子 ,它们分成三代 ,一一对应 .其中全部 6个夸克和 5个轻子均已发现 ,唯独τ中微子迟迟没有露面 .虽然早在 2 5年前τ轻子发现之际 ,人们就确信应当存在着与之相应的τ中微子 ,如同电子有相应的电子中微子、μ子有相应的 …     

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     

中微子很可能是一种超光子

最近,美国乔治·梅森大学一位退休物理学家罗伯特·埃利希再次提出中微子很可能是一种超光子(tachyon),即超光速粒子,而他是基于一种比测速度更灵敏的方法——检测它们的质量。相关论文已被《天体粒子物理学》杂志接受。以往人们曾多次提出中微子超光速,最近一次就是2011年的OPERA实验。意大利研究小组检测了从欧核中心传送至OPERA传感器的中微子,提出其速度比光要快一点点。但重复检测时却发现结果出了错——是一根光缆松弛造成的。     

中微子的静止质量

在各种基本粒子中,中微子有着特殊的地位。中微子不带电,它的自旋和电子相同。它不直接参与强相互作用和电磁相互作用,从而使实验上直接观测中微子相当困难,实际上各种物体对中微子来说都几乎是透明的,即使穿过地球也毫不困难。多年来的实验中一直测量不到中微子有静止质量,因此粒子物理学家认为中微子很可能和光子类似是无静止质量的粒子。 然而最近几年来,这个问题又重新引起人们的兴趣。在探索建立关于强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用统一的大统一理论过程中,人们提出了几种不同的模型。在这些模型中从不同角度提出了中微子可能有…     

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。     

中微子探测中的光学应用

中微子是宇宙中最丰富的基本粒子之一,是一种只参与弱相互作用的电中性粒子。中微子极其难以探测。然而,光电探测手段突破技术瓶颈,通过光电效应实现弱光快响应信号的放大和读出,在中微子物理领域取得空前成功。本文将简述中微子性质的认识过程,重点介绍光学及其光电器件如光电倍增管等在中微子探测中的应用。     

王淦昌先生与中微子的发现

在粒子物理的历史中,中微子是“基本”粒子家族中特别神奇的一员．自从１９３０年泡利［１］提出中微子可能存在的假说和１９３４年费米［２］提出划时代的β衰变理论以后,环绕着中微子的理论和实验工作很多,其中一个中心问题是如伺直接验证它的存在．关于这个问题,从１９３４到１９４１年间文章很多,可是都没有找到问题的关键,这是因为中微子不带电荷,而且几乎完全不与物质碰撞［３］（譬如,可以自由地穿过地球）,不?...     

近几年我国宇宙线研究的主要进展

宇宙线最主要的特点有两个．第一,它的流强虽然很弱,但含有能量极高的粒子,至今已探测到的宇宙线粒子能量可达１０２１ｅＶ;第二,它可以从宇宙深处带来各种高能的物质样品．人们发现和研究宇宙线已有七十年的历史,现已形成一门学科─—宇宙线物理学．这是一门联系从基本粒子和它们之间相互作用到天体演化的学科．它有三个分支：一是利用宇宙线高能粒子进行基本粒子物理,特别是超高能物理现象的研究;二是宇宙线天体物理?...     

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     

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．     

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…     

粒子物理学展望

粒子物理学又称高能物理学或基本粒子物理学,它研究比原子更深层次的微观世界中物质的结构,和在很高能量下这些物质如何相互转化．它是一门基础学科,是当代物理学发展的前沿之一。粒子物理学的发展经历了三个阶段。一、第一阶段（１８９７—１９３７）在这个阶段认识的基本粒子有光子、电子、质子、中微子和中子．光子是构成电磁场的基本单元,而中微子是为了保证原子核在作β衰变中能量和动量守恒的一种理论上假设存在的粒?...     

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sin22θ13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：0.05 eV。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：0.2 eV。中微子在宇宙膨胀过程中逐渐变为非相对论性粒子,由辐射能量密度转为物质能量密度。由于在宇宙晚期（现在时刻）,中微子的速度弥散（热运动速度）仍明显高于冷暗物质和重子物质,其这种特有的热运动速度使其显著地不易受引力影响而坍缩成团,从而压低小尺度的总物质功率谱。基于此效应,当今和未来的星系巡天计划（如Euclid、LSST、DESI、PFS等）都计划给出更好的中微子质量总和的上限。论文“Differential neutrino condensation onto cosmicstructure”利用计算机数值模拟方法发现了中微子对宇宙大尺度结构的新效应,使得我们有望在未来的星系巡天中利用中微子和暗物质的密度差来限制中微子的质量。