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 …     

寻找无中微子双beta衰变

正中微子有3种可能的质量状态,其质量大约是电子的百万分之一。这种巨大的差别意味着中微子质量的起源与所有其他费米子不同,涉及超出标准模型的物理。多数由标准模型推广出来的理论都认为中微子是马约拉纳(Majorana)粒子。就是说,它们是本身的反粒子。如果中微子是马约拉纳粒子,那么就违反了轻子数守恒,轻子数是赋予所有轻子的量子数,对于电子和中微子是1,而它们的反粒子是-1。在双中微子beta衰变(图左)     

跷跷板模型中三阶中微子混合矩阵的幺正性破坏

对标准模型的一种简单扩充就是引入n个重的右手中微子且保持其SU(2)_L×U(1)_Y规范对称性. 通过对角化(3+n)×(3+n)阶中微子质量矩阵, 得到关于ν_e, ν_μ和ν_τ的有效 质量矩阵的精确的解析表达式. 结果表明, 在轻子带电弱流中出现的3×3中微子混合矩阵V必须不是严格幺正的. 如果通过跷跷板机制产生正确的轻的中微子的质量标度, 那么V的幺正性破坏的程度非常小, 几乎可以忽略. 类似的结论同样可以在第二类跷跷板模型中得到.     

中微子六十年

 三、存在几种类型的中微子?前面我们介绍的中微子都是在电子的放射（β^±衰变）和吸收（K-俘获）过程中产生的,这类中微子称为电子中微子,用ν_?（电子中微子）和（?）（电子反中微子）表示.除电子中微子外,后来还发现了μ子中微子和τ子中微子.50年代,人们逐步认识到,安德逊在1936年发现的粒子-μ子与电子有许多共同点:1)电子和其反粒子正电子的电荷分别为-1和+1,没有中性电子;μ^-子和其反粒子μ⁺的电荷也分别为-1和+1,没有中性的μ子;2)电子和正电子具有自旋1/2,μ^-和μ⁺的自旋也是1/2;3)正、负电子.     

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?     

中微子六十年

 中微子质量的测量方法有直接和间接两种.通常的探测器是探测不到的中微子,但可由能动量守恒以及事例终态的重建得出事例的丢失质量,由此得出中微子质量,这种方法称为直接法.从β衰变的电子能谱确定电子中微子质量用的就是此法.μ子族中微子和τ子族中微子质量也是用这种方法得出的.此外,还有采用中微子振荡和双β衰变法,这些是间接法.1)β衰变的能谱测量:β衰变中发射的电子能谱具有形状（如果电子中微子具有质量m_v）.     

揭开中微子和反中微子的马约拉纳神秘面纱——无中微子双贝塔衰变低温晶体量热器实验

中微子可能的马约拉纳粒子属性超出了目前标准模型的范畴,是粒子物理与核物理研究领域最重要的科学问题之一。无中微子双贝塔衰变(0vββ)实验是能够确定中微子马约拉纳属性的唯一途径。0vββ的发现可以揭示中微子绝对质量、轻子数破缺、物质—反物质不对称等一系列自然奥秘,是当今粒子物理与核物理研究的前沿课题。在探索无中微子双贝塔衰变的可选择实验方案中,低温晶体量热器具有高能量分辨率、高运行稳定性和低辐射本底的技术优势,成为新一代0vββ实验最具竞争力的探测器技术之一。文章首先介绍无中微子双贝塔衰变的研究历史,之后介绍低温晶体量热器及其最先进的代表——CUORE实验,最后展望关于我国锦屏地下实验室开展低温晶体量热器0vββ实验研究的前景。     

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。     

四类中微子

中微子又成了物理学家们的注意中心了.看来这个粒子还会不断地长期在研究人员面前提出日新月异的问题. 在最初研究这种神秘粒子的时候,中微子是指在放射性物貭的β衰变中携走一部分能量和动量的那种粒子,后来实验证实,中微子有自     

“τ”粒子的质量的实验研究取得重要成果──会标中“τ”粒子图案的背景资料

“τ”粒子的质量的实验研究取得重要成果──会标中“τ”粒子图案的背景资料　按照传统的看法，粒子物理学将基本粒子分成３大家族：①光子家族；②轻子家族；③强子家族。轻子家族由３代组成：第一代轻子是电子ｅ和与之相伴的电子中微子νｅ；第二代轻子是μ子和与之相...     

难以捉摸的惰性中微子

<正>中微子总是带来惊奇。Wolfgang Pauli于1930年推测了中微子的存在。后来,物理学家们了解到中微子振荡,即已知的3种"味"(电子、μ子和τ子)的中微子在空间飞行时,周期性地相互转换。最近又发现,决定着中微子振荡的参数与理论预期截然不同。近来,费米实验室的MiniBooNE实验数据表明,μ中微子转换成电子中微子所飞过的距离,比通常发生中微子振荡的距离短得多。20世纪90年代末,Los Alamos的液体闪     

无中微子双贝塔衰变：寻找马约拉纳中微子之路

无中微子双贝塔衰变是目前粒子物理与核物理学家积极寻找的一种极其稀有的原子核衰变模式。它的发现将验证中微子是否是其本身的反粒子,也就是通常指的马约拉纳费米子。同时这一物理过程破坏轻子数守恒,也可以为宇宙初期的正反物质不对称性提供重要的条件。鉴于其极重要的物理意义,国际上多个实验组利用不同的探测器技术,在多种不同的目标同位素中寻找这一突破粒子物理标准模型的稀有衰变。目前主流实验还未发现确定的无中微子双贝塔衰变信号,但对其半衰期的限制已经达到了1026年量级。国内近期也开展了一系列预研实验,期望在未来几年内可以确定一到两个切实可行的实验方案,开展吨级实验。     

TC2模型与轻子味破坏过程

许多超出标准模型的新物理预言了非普适规范玻色子Z′的存在.此粒子可产生许多新物理现象.本文计算了顶色辅助的人工色(TC2)模型预言的非普适规范玻色子Z′对轻子味破坏(LFV)衰变过程li→ljνlν-l的贡献.结果表明,在整个参数空间内,过程τ±→ljντν-τ的分支比比τ±→ljνlν-l(l=μ,e)的分支比大得多.考虑实验测量值上限Brexp(μ→3e)≤1×10-12对TC2模型的自由参数的限制,我们给出了一些轻子味破坏过程的上限.在大部分参数空间中,分支比Br(τ±→ljντν-τ)～10-6,Br(τ±→ljνlν-l)～10-9.这些结果可以用来部分地解释中微子振荡数据,将来的高能实验有可能探测到此新物理效应.     

中微子质量之谜

中微子有无质量,苏、美科学家的实验结果不一致.为什么? 两年多以前,莫斯科的实验小组宣布中微子的质量至少不低于20eV.他们的结论得到爱沙尼亚科学院塔林实验小组的工作结果的支持[1].氚核(由一个质子和两个中子组成)β衰变为氦-3核(由两个质子和一个中子组成),当一个中子变为质子时,将释放出电子和中微子.莫斯科小组测量电子的能谱,从所得电子能量的极大值计算出中微子能量的极小值.从而得出中微子的质量;而塔林小组是用极灵敏的技术测量氚和氦-3质量之差,这一差值乃是中微子和电子在β衰变过程中所带走的总质量-能量.两个小组的实验结果…     

中微子振荡实验—超出标准模型的实验检验（Ⅱ）

4　大气 μ中微子丢失和中微子振荡大气中的高能中微子是由于原初宇宙线中的高能质子在大气上部与大气中的原子核相互作用而产生Ｋ介子和π介子 ,Ｋ介子和π介子随后衰变 :Ｋ →μ νμ,　Ｋ- →μ- νμ;π →μ νμ,　π- →μ- νμ.μ子接着衰变 :μ → νμ ｅ νｅ,　μ- →νμ ｅ- νｅ,因此 ,大气中高能中微子的成分中 ,μ中微子的数量应该是电子中微子数量的两倍 .80年代初 ,探测大气中的高能中微子的装置有 :日本的Ｋａｍｉｏｋａｎｄｅ装置 ,美国的ＩＭＢ装置以及Ｓｏｕｄａｎ装置 .由于 μ子的质量约为电子质量的…     

双中微子双β衰变已观察到;无中微子衰变正在寻找

许多有偶数质子和中子的原子核可能经历双β衰变,发射出两个电子和两个中微子.但这一过程的半衰变太长,过去只能靠地质材料中测衰变的次生核的丰度定出.现在加州大学的Elliott等人已在其实验室中观察到了硒82的双β衰变,并定出半衰期为1.1-03+08×1020年.这一数值比以前实验室中能测出的最长时间还大几个量级.这一测量还为无中微子双β衰变的观测创造了可能性.这种无中微子衰变事例有可能定出中微子质量. 他们的实验装置是时间投影室或“增强漂移室”.把14克97%浓缩的硒82样品放在两层聚脂薄膜片之间,再放到漂移室的中心平面处.室内充以氦…     

宇宙中的变色龙

正半个多世纪前,蓬泰科尔沃有两个至关重要的认识,它们是解决太阳中微子之谜的关键。第一个深刻的认识是,存在不止一种类型的中微子。他在检验一个被称为μ子的不稳定粒子的衰变时得出了这个结论。μ子属于轻子家族,这个家族中还有电子和中微子。轻子不参与强相互作用,它们是物质的基本构建模块。μ子也带负电荷,但质量是电子的约200倍,并且在其碎裂之前,只有一百万分之二秒的寿命。蓬泰科尔沃提出μ子     

关于中微子质量的新观念

1.引言 1930年,泡利(Pauli)为了解释衰变过程中的“能量失踪”现象,最先假设存在着一种中性粒子──中微子(neutrino).衰变是原子核领域中的一个普遍现象.按照泡利的假设,实际上氚核的衰变过程是: H3—→He3 e- v。其中v.是一个反中微子.以这个假设为基础,就容易解释产衰变中电子的连续能谱──居里标绘图.当 H3 衰变为 He3时,释放出的能量在电子和反中微子二者之间分配.有时电子几乎不具有动能,而反中微子差不多集中了可得到的全部能量,有时反中微子能量很小,而电子的能量却十分接近居里标绘图中可能最大的能值. 几年之后,费米(Fermi)系…     

中微子质量矩阵和中微子转换矩阵间的一种可能的关系

我们探讨了以ν_e,ν_μ,ν_τ为基的, 具有一种新的对称性的中微子质量矩阵M. 首先在没有T(时间)破坏的前提下, 假定该质量矩阵具有一个简单的三参数形式. 这一矩阵确定了3种中微子的质量m₁, m₂, m₃以及使M对角化的转换矩阵U. 因为无T破坏的U给出3个可测量参数s₁₂, s₂₃, s₁₃, 我们的形式用3个参数表示6个可测量的物理量, 其结果与实验数据符合得很好. 更精确的测量将对模型给出严格的检验, 并确定这3个参数的值. 本文还推广讨论了包含T破坏的情况.     

τ→πVτ疑难和自旋3/2的τ轻子

本文讨论了τ→πν_r衰变的疑难.和自旋1/2的理论相比,对自旋3/2的重轻子τ和自旋1/2的中微子ν_r,τ→πν_r。道和τ→πν_rν_ll道的比值压低了12/5倍,而其它衰变道没有明显的变动.对自旋3/2重轻子τ在e⁺e^-对撞中的产生也作了讨论.