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。     

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。     

我国的深地实验室CJPL和CDEX暗物质直接探测实验

正一、世界最深、空间最大的地下实验室——中国锦屏地下实验室1.为什么要建深地实验室暗物质直接探测、无中微子双贝塔衰变(0νββ)、宇宙重核形成等极低本底实验是当今粒子物理学、宇宙学、天体物理学等领域的重大基础前沿课题,研究这些课题具有重要的科学意义。这些极低本底实验的共同特点就是所要探测的物理事例很少,     

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。     

北京谱仪实验物理成果

当前描述物质微观基本结构最成功的理论是粒子物理的标准模型,包括描述强作用力的量子色动力学,描述弱相互作用和电磁作用力的电弱理论。在量子色动力学方面,人们对夸克禁闭问题和低能非微扰性质还不能完全理解;在电弱理论方面,需要实验上提供更加精确的参数约束和检验。北京正负电子对撞机和北京谱仪实验是我国最早的大科学装置,也是目前国际上唯一运行在陶粲能量区域的高亮度实验装置,致力于在强子物理、量子色动力学的非微扰性质、电弱理论检验和寻找超标准模型的新物理等方面开展研究。文章将介绍北京谱仪多年来在实验上取得的科学成果,包括陶轻子质量精确测量、R值测量、奇特强子态研究和粲强子弱衰变测量等。     

引入Mathematica开展原子核物理中α衰变势垒隧穿模型教学的探索

原子核物理中α衰变是典型的量子隧道效应,势垒隧穿模型能够很好地解释α衰变的实验规律,包含了丰富的物理思想和巧妙的数学处理方法.但势垒隧穿理论模型的数学推导和计算复杂,为了避开繁琐的数学计算,直观地体现物理思想,引入Mathematica数学软件来开展α衰变势垒隧穿模型的教学.通过Mathematica软件强大的符号和数值计算功能,良好的人机交互性,可以方便地完成复杂的数学推导和数值计算,形象地给出不同势垒的理论计算结果,动态展示出α衰变势垒隧穿的物理图像.在核物理教学中引入数学软件,可有效地提高课堂教学的效率,培养学生自主学习能力,提升教学效果.     

吴健雄教授科学实验的启发

吴健雄教授是一位杰出的实验物理学家,做过许多精彩的物理实验。这里简单介绍她做过的六个物理实验,并且谈谈这些实验的启发。1第一个实验———β衰变电子能谱形状的实验[1]20世纪30年代,吴健雄开始了她的实验研究。早在30年代末到40年代中期,她就在实验上研究过伴随电子俘获的内韧致辐射,以及铀裂变中的放射性氙。1946年起她着手研究原子核β衰变,进行了一系列的实验。在原子核β衰变中,原子核内一个中子转变为一个质子,同时放射一个电子和一个反中微子。此外还有放射正电子的β衰变。Fermi的β衰变理论给出了β衰变电子能谱的形状。实验…     

利用磁谱仪测量90Sr-90Y放射源的β衰变能谱

利用近代物理实验中的磁谱仪测量了90Sr～90Y放射源的β衰变能谱．得到的能谱和普遍的口衰变能谱相似;得到的口射线最大能量与平均能量比值和文献中给出的一些放射源的比值接近,这些都说明了该实验测量数据的可靠性．运用库里厄（Kurie）图,研究了此放射源的β衰变能谱,得到的跃迁性质和能级自旋宇称与此放射源已有的数据相吻合,说明在近代物理实验中能够利用磁谱仪测量原子核的β衰变能谱、研究原子核的跃迁性质和能级自旋宇称．     

走向统一的自然力弱力和电磁力的统一（Ⅱ）

 β 衰变的研究对揭示弱力的物理本质起了主要的,甚至可以说是决定性的作用。这一讲主要介绍通过β衰变实验和理论研究揭示弱力物理本质的过程：从费米提出β 衰变理论到普适（V-A）费米相互作用的确立。     

原子核双β衰变和轻子数不守恒

 原子核双β衰变实质上是二个单β衰变同时发生的过程,是一个二级弱相互作用过程.原子核单β衰变的一个典型过程是中子衰变为质子,并放出电子和反中微子,即n→p+e^-+（?）_e。自从1914年查德威克测量β衰变的连续谱以来,β衰变的研究一直是原子核物理和粒子物理的重要研究课题之一.我们知道,李政道和杨振宁提出的宇称不守恒定律,就是吴健雄通过原子核的β衰变研究而得到实验证实的.无独有偶的是原子核双β衰变的研究和自然界的另一重要守恒定律--轻子数守恒律是否破坏密切相关.     

利用磁谱仪研究原子核的β衰变

在原子核β衰变费米理论的基础上,利用近代物理实验中的磁谱仪测量了90Sr-90Y β放射源的动量分布,进而研究它的库里厄(Kurie)图.结合β衰变容许跃迁和禁戒跃迁的库里厄图特征,对实验数据进行了形状因子S1的改正,得到的数据能和90Sr-90Yβ放射源的跃迁性质、原子核能级自旋和宇称相吻合,有助于学生对原子核β衰变更深入的认识和进一步扩展近物实验的研究内容.     

远程物理实验控制平台的设计与开发

将网络远程控制技术运用于物理实验教学中,设计并开发出远程物理实验控制平台.该平台的建设能够有效地实现物理实验设备硬件资源共享,为各高校开展物理实验课程提供了全新的方法和途径.     

B重子半轻子衰变的对称性

在无粲B重子非轻子衰变研讨基础上,进一步探讨了B重子三体和四体半轻子衰变的SU(3)f对称性,得到一系列可能衰变道衰变几率的对称关系.期待即将进行的高能实验来检验这些关系,从而验证标准模型的适用性或是否存在超标准模型的新物理信息.     

质子衰变实验进展

按照粒子物理标准模型理论,重子数是绝对守恒的.而大统一理论(GUTs)明确地否定了重子数的对称性,预言质子会衰变成更轻的次粒子.文章论述了质子衰变的物理概念、基本探测条件和主要实验现状,并在探测方法的探讨和探测技术的改进方面融入了一些想法.目前一般认为质子的寿命为τp>1032年左右.质子衰变的探测,对于新理论模型的验证、宇宙学和粒子物理学的发展具有重要意义.     

β衰变对物理学基本规律的两次冲击

 β衰变是一种放射性衰变过程,在此过程中原子核放出一个正（或负）电子,或者吸收一个在轨道上的电子而衰变成另一种原子核。β衰变的研究对原子核物理和粒子物理的发展作出了巨大的贡献。特别应该指出的是,它曾经两次冲击物理学的基本规律:一次是在查德威克发现β射线能量的连续分布以后,尼尔斯·玻尔怀疑在β衰变中能量是否仍然守恒,后来泡利提出中微子假说成功地解释了β连续谱,“挽救”了能量守恒定律;另一次是在1956年,为了解释“θ-t”之谜,李政道和杨振宁提出了在弱作用中宇称不守恒的假说,后来吴健雄等人通过极化⁶⁰Coβ衰变实验证实了李、杨的预言。     

sd壳层极丰质子核的β延迟衰变谱学

远离β稳定线原子核的结构是当前核物理领域的一个前沿热点。β衰变谱学是研究核结构的重要方法,尤其适用于低产额的滴线核。本文回顾了近年来在RIBLL1装置上开展的sd壳区极丰质子核β延迟衰变谱学的实验研究。该工作获得了15个原子核精确的半衰期、衰变子核的质量、β延迟的质子和双质子发射以及$\gamma $跃迁的能谱、分支比和比较半衰期等数据,并重建了衰变纲图,大大丰富了此区域内质子滴线附近原子核的衰变谱学信息。还介绍了探测器阵列和实验方法,概括了所研究核的衰变性质和半衰期等。特别地,对几个典型核,20Mg和22Si以及26P和27S的衰变性质进行了阐述。此外,对相关话题,如三体力、镜像核衰变不对称性、与银河系中26Al超丰问题相关的热核反应率等问题进行了探讨。     

义务教育阶段物理实验方法研究及其启示

为了更好地开展义务教育阶段物理实验教学,对物理实验方法进行了研究.根据物理实验过程,可将物理实验方法分为实验操作方法和数据处理方法.通过梳理《义务教育物理课程标准(2022年版)》中学生必做的物理实验,归纳其所蕴含的实验方法,并在此基础上总结各物理实验方法的内涵和意义,以期为物理实验教学及研究提供借鉴.     

耦合空间中不同衰变类型声场的边界研究

在耦合空间中,除了传统的指数衰变形式,通常还存在其它两种不同类型的声衰变方式,一种开始时衰变很快后来衰变速度降低,另一种相反,每一种衰变的形式在耦合空间中都占据一定的区域。目前的一般观点是:系统的物理边界,如两子空间之间的隔墙和耦合口,是空间中两类不同声场的边界。通过数值模拟和实验验证,发现这种物理边界划分并不能准确区分具有不同特性的声场。本文中给出了这两种不同特性声场之间的边界,发现这边界并不处在通常人们认为的隔墙之类的物理边界上,而是越过物理分隔进入相对更为活跃的子空间中。这种侵入的程度取决于两子空间自身混响之间的差异,差异愈大侵入得愈多。      

我国学者提出粲粒子研究新建议

 据全国粲粒子物理讨论会获悉,中科院学部委员何祚庥以及张肇西,张长春等,对北京谱仪在J/φ能区之外的粲粒子研究提出多项物理建议,包括D_s和D介子（即φ（4160）与φ（3770）衰变产物）、φ（3685）共振态衰变、粲重子与τ轻子性质的研究.（1）φ（3685）共振态衰变与胶子球产生.何祚庥教授计算表明,同J/φ衰变相比,φ共振态衰变中胶子球的产额将增加1.5-3倍.因此,φ可能是胶子球研究的理想能区.φ的许多衰变道有待更精确的测量.     

未发现质子衰变,SU(5)大统一模型濒于垮台

本刊今年第一期曾介绍印度与日本合作的“金矿”质子衰变实验[1],根据他们去年的报告,似乎发现了质子衰变事例(给出寿命τp～1031年),而最近又有一实验组IMB(美国)宣布了结果,IMB的结果是没发现质子衰变,只给出了下限(τp> 10　32年)[2]. 显然,这两组实验结果是矛盾的.但是目前普遍相信IMB的实验.其原因是“金矿”实验设备简陋,宇宙线本底消除得不干净,而IMB组实验要好得多!为了减少本底,IMB除了把实验亦放在地下(深1570米)外,他们采用水做观察对象并兼做探测器,即观察水平的质子自发衰变,测量质子衰变出来的介子和轻子在水中发出的契…