中微子的静止质量及其在物理学和宇宙学上的意义

简要地介绍了中微子的发现历史及其基本特性,着重介绍了Ｓｕｐｅｒ－Ｋａｍｉｏｋａｎｄｅ中微子天文台大气中微子实验和太阳中微子实验的基本原理及其最新实验结果,对中微子的静止质量在太阳中微子失踪问题、粒子物理学和宇宙学上的意义作了讨论,指出了与中微子静止质量相关的３个有待解决的问题。     

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…     

惰性中微子

 2015年度诺贝尔物理学奖授予日本科学家梶田隆章(T.Kajita)和加拿大科学家麦克唐纳(A.McDonald),奖励他们分别在实验中发现大气和太阳中微子的振荡现象,从而证明中微子具有非零的静止质量。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

物理上一个新的发现——宇宙由三代基本组份构成

 最近美国斯坦福直线加速器中心的SLC和西欧联合核子中心LEP相继宣布他们的实验结果,都表明宇宙中有三种中微子,即电子型中微子、μ型中微子和τ型中微子.这一结果已在粒子物理学界引起震动.以至于有人认为这一发现可望获得诺贝尔奖金.这一发现的意义是什么呢?让我们从基本粒子的家族说起.半个世纪以来,人们对构成宇宙的基本物质成份的认识有很大的变化,从质子、中子、电子为主体的基本粒子简单家族,陆续发展为有数百种粒子庞大的基本粒子家族.六十年代初的实验事实揭示了众多的基本粒子并不基本,并有其内部结构.所以人们已不再使用基本粒子这一名词,而统称为粒子.故通常将高能物理学又称为粒子物理学.     

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     

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。     

地下粒子物理与天体物理实验

８０年代以来在地下进行了研究质子衰变、寻找磁单极子、研究无中微子双β衰变及寻找暗物质等实验，得到的都是负结果；但记录到ＳＮ１９８７Ａ中微子暴事例。太阳中微子的探测实验也有很大的进展。     

中微子振荡及CP破坏理论描述

2015年10月6日,诺贝尔物理学奖授予日本物理学家鶨田隆章和加拿大物理学家阿瑟·麦克唐纳,以表彰他们发现中微子振荡并证实中微子有质量.同年11月8日,包括鶨田隆章和麦克唐纳在内的7名在中微子振荡研究中做出关键贡献的科学家获得2016年度基础物理学突破奖.中微子振荡成为基础物理学研究的焦点.本文从量子力学理论出发,对中微子振荡及CP破坏理论作简要的描述,并介绍未来中微子研究中的若干重大科学问题.     

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。     

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     

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 2 0 0 1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。这非常重…     

“冰立方”南极显身手

 在发现有史以来能量最高的2 个中微子后,科学家利用深埋在南极点冰下的巨型粒子探测器,发现了另外26 种新型高能中微子存在的迹象。