2002年诺贝尔物理奖介绍:中微子振荡实验

描述粒子相互作用基本理论是标准模型，按照标准模型，中微子没有静止质量．如果中微子有静止质量，将表现为中微子振荡．戴维斯和小柴昌俊由于确定地发现中微子振荡而获2002年诺贝尔物理奖。     

中微子非标准相互作用对大亚湾实验的影响

大亚湾中微子实验的目标是测量中微子混合矩阵中的最小混合角θ13.如果考虑中微子的非标准相互作用(NSIs),中微子的振荡概率公式要做相应的改写,其效应将和θ13纠缠在一起,从而降低了实验对θ13的敏感度(sensitivity).讨论了在NSIs存在的情况下大亚湾实验对θ13的敏感度,发现这个实验不可能同时测量出NSIs和θ13的值.由于当θ13=0时反应堆产生的反中微子将没有振荡现象(NSIs的效应也将消失),如果大亚湾实验测量到了中微子振荡效应,那将表明θ13≠0;但是,由于非零的θ13的效应和NSIs的效应有可能抵消而导致中微子没有振荡.如果大亚湾实验没有测量到中微子振荡,不能排除非零的θ13.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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     

Davis对中微子的探测及其影响

Ｄａｖｉｓ对中微子的探测及其影响１９９６年１１月２５日收到初稿，１９９７年３月３日修回王较过季淑莉（陕西师范大学物理系，西安７１００６２）１９３０年，泡利提出了中微子假说．之后，费米用中微子假说以巧妙的方式构筑了弱相互作用的理论．由于中微子与其他...     

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。     

Bounds on neutrino mixing with exotic singlet neutrinos

We examine the effects of mixing induced non-diagonal light-heavy neutrino weak neutral currents on the amplitude for the process (with a=e, μ or τ). By imposing constraint that the amplitude should not exceed the perturbative unitarity limit at high energy , we obtain bounds on light-heavy neutrino mixing parameter sin² where is the mixing angle. In the case of one heavy neutrino (mass mξ) or mass degenerate heavy neutrinos, for Λ=1 TeV, no bound is obtained for mξ<0.50 TeV. However, sin² ≤3.8 × 10⁻⁶ for mξ=5 TeV and sin ≤6.0 × 10⁻⁸ for mξ=10 TeV. For Λ=∞, no constraint is obtained for mξ<0.99 TeV and sin² ≤3.8 × 10⁻² (for mξ=5 TeV) and sin² ≤9.6 × 10⁻³ (for mξ=10 TeV).     

Experimental and phenomenological status of neutrino anomalies

The current status of neutrino anomalies is summarized; the KamLAND experiment is described and the recent results of KamLAND presented.     

Muon与Tau中微子的运动学有效质量及其不可探测性

利用最新的WMAP观测数据推导出电子、Muon和Tau中微子的运动学有效质量的一般上限:e2+μ2+τ2=m12+m22+m32<0.5eV2,或α<0.71eV(其中α=e,μ,τ)。考虑现有中微子振荡的实验数据,进一步得到e<0.24eV以及μ≈τ<0.24eV. 因此有效质量_μ和_τ太小而无法被探测.     

Quantum Mechanics of Neutrino Oscillations

We present a simple but general treatment of neutrino oscillations in the framework of quantum mechanics, using plane waves and intuitive wave packet principles when necessary. We attempt to clarify some confusing statements that have recently appeared in the literature.     

Antineutrino science by KamLAND

KamLAND measured the $\bar{\nu }$_e’s flux from distant nuclear reactors, and found fewer events than expected from standard assumptions about $\bar{\nu }$_e propagation at the 99.998% confidence level (C.L.). The observed energy spectrum disagrees with the expected spectral shape at 99.6% C.L., and prefers the distortion from neutrino oscillation effects. A two-flavor oscillation analysis of the data from KamLAND and solar neutrino experiments with CPT invariance, yields Δm2=7.9−0.5+0.6×10−5 eV² and tan2θ=0.40−0.07+0.10. All solutions to the solar neutrino problem except for the large mixing angle (LMA) region are excluded. KamLAND succeeded in detecting geoneutrinos produced by the decays of ²³⁸U and ²³²Th within the Earth. The total observed number of 4.5 to 54.2, assuming a Th/U mass concentration ratio of 3.9 is consistent with 19 predicted by geophysical models. This detection allows better estimation of the abundances and distributions of radioactive elements in the Earth, and of the Earth’s overall heat budget.     

Neutrino anomaly and ν-nucleus interactions

A review of various calculations of the inclusive quasi-elastic reactions and pion production processes in neutrino reactions for various nuclei at intermediate energies relevant to solar, atmospheric and accelerator neutrinos is presented     

Solving Solar Neutrino Puzzle via LMA MSW Conversion

We analyze the existing solar neutrino experiment data and show the allowed regions. The result from SNO＇s salt phase itself restricts quite a lot the allowed region＇s area. Reactor neutrinos play an important role in determining oscillation parameters. KamLAND gives decisive conclusion on the solution to the solar neutrino puzzle, in particular, the spectral distortion in the 766.3 Ty KamLAND data gives another new improvement in the constraint of solar MSW-LMA solutions. We confirm that at 99.73% C.L. the high-LMA solution is excluded.     

Atmospheric neutrinos and discovery of neutrino oscillations

Neutrino oscillation was discovered through studies of neutrinos produced by cosmic-ray interactions in the atmosphere. These neutrinos are called atmospheric neutrinos. They are produced as decay products in hadronic showers resulting from collisions of cosmic rays with nuclei in the atmosphere. Electron-neutrinos and muon-neutrinos are produced mainly by the decay chain of charged pions to muons to electrons. Atmospheric neutrino experiments observed zenith-angle and energy dependent deficit of muon-neutrino events. Neutrino oscillations between muon-neutrinos and tau-neutrinos explain these data well. Neutrino oscillations imply that neutrinos have small but non-zero masses. The small neutrino masses have profound implications to our understanding of elementary particle physics and the Universe. This article discusses the experimental discovery of neutrino oscillations.