“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。     

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。     

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。     

非加速器实验物理的复兴

 非加速器实验,顾名思义,包括所有不使用加速器手段进行的粒子物理实验。如果从1912年发现宇宙线算起,它的历史已相当长久,加速器出现以前,宇宙线实验有过一段辉煌时期,在30年代发现了正电子和μ子,在40年代发现了π介子和K介子,对粒子物理学的建立与发展作出了重大贡献。50年代出现加速器以后,使用高流强人工束流的加速器实验成为粒子物理实验研究的主流,有力地推动着粒子物理的迅速发展,而“靠天吃饭”、流强极低的宇宙线实验仅在加速器当时达不到的“超高”能区起补充作用。但应指出,70年代初著名的大型³⁷Cl太阳中微子地下实验不仅获得重要物理发现,而且在实验方向与技术上作出了有意义的探索,堪称后来新一代非加速器实验的先驱。     

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?     

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。     

新物理的探索——非加速器粒子物理实验的进展

 近十年来,非加速器粒子物理实验的进展引人注目.实验设备规模宏大,建造费用猛增,实验运行周期变长.去年八月二日至八日在新加坡举行的第二十五届国际高能物理会议上,非加速器粒子物理实验及其有关理论的报告占相当大的比重,引起与会者的广泛兴趣.加速器产生的粒子束能量与亮度是可控的,粒子束种类、飞行方向和到达时间可由实验人员调节与控制.几十年来,这种粒子源实验手段在高能物理的飞速发展中起了巨大作用.但是,无论是粒子的能量还是粒子的种类,自然界存在的粒子源远比人工粒子源丰富多样.人们往往是在自然界找到了新粒子源,然后在加速器中产生它,并进行精密的测量.这样的例子是层出不穷的.例如,α、β与γ射线就是在天然放射源中找到的.正电子、μ介子和奇异粒子也是在宇宙线中首次发现的.     

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.