自然信息

中微子能和普通物质的核子相互作用,也能和原子中的电子相互作用。对弱相互作用的整个现代认识的关键是一项实验观察,它最早在日内瓦欧洲原子核委员会的伽格曼尔气泡室中进行,即当一个入射中微子和一个核子碰撞时,中微子会弹回来而不获得电荷。这种中性流(NC)过程和荷电流(CC)过程不同。在荷电流过程中,μ介子(或     

中微子振荡实验的最新结果

大统一理论和宇宙学要求中微子具有一定的质量.现在已知的中微子有电子中微子v_e,μ中微子v_μ,可能还有τ中微子v_μ,但目前实验还没有找到v_τ.如果以v_1、v_2、v_3代表中微子质量本征态,那么不同种类的中微子就是质量本征态的叠加.经过一段距离的传播之     

太阳中微子振荡的非绝热效应

近来,MSW机制被建议用来解决太阳中微子之谜。根据这个机制,物质中的电子对电子中微子v_e和μ子中微子v_μ的作用的不等价性导致了真空中微子振荡方程的修正。修正后的振荡方程是     

中微子具有质量的新证据

大爆炸留下的和恒星内核聚变反应生成的中微子是宇宙间最多却也是非常难发现的一种工原子微粒。这种微粒通常被认为是没有质量，也很少与别的粒子起反应。去年，研究人员用洛斯阿拉莫斯国立实验室液态闪烁体中微子探测器记录下的实验资料表明．中微子实际上是有质量的，尽管质量非常之小。目前．研究人员已经获得了增强这一认识的新证据。由于中微子构成了宇宙间粒子的绝大部分．因此，这一发现对于搞清宇宙的成分及其演化具有特别重要的意义。根据粒子物理学的标准模型，中微子有三种：电子中微子，μ子中微子和τ子中微子。每一种中微子还…     

难以捉摸的粒子

几乎没有质量而且难以置信，稀少的　子中微子“鄙视”它周围的环境，很少与较之更普通的物质发生反应。这些特性使它很难被检测到。现在，一个国际物理学家小组宣布第一次“直接”探测到　子中微子，科学家已经间接地证明这种粒子的存在。 中微子的发现源于科学家无法平衡亚原子粒子的方程式。３０年代，泡利预言了一种质量极小而且与环境只有微弱反应的粒子带走了放射性衰变中损失的能量。几十年后，中微子的存在得到了证实。科学家认为有３种中微子，每一种都以与之反应的基本粒子命名：电子中微子与电子反应，μ子中微子与μ子反应，子…     

μ子之谜

μ子,也曾被称为μ介子,至今仍是一种令人迷惑的粒子。早在三十年代,人们就在宇宙线实验中发现了μ子。由于它的质量介于电子和质子之间,因此称之为μ介子。但是,现在“介子”一词已被用来描述参与强相互作用并由夸克-反夸克组合所构成的玻色子,μ子显然不满足这些条件,所以不该再称它为μ介子了。μ子同电子中微子,以及在SLAG和DESY新发现的:τ粒子,应一起归入轻子一类。μ子比电子重200倍,不稳定,平均寿命为2.2微秒,但其它性质与电子相似。μ子和电子似乎都是“点状”粒子,它们的相互作用可用量子电动力学方法精确地进行计算。尽管如此,μ子和电子却不会相互转变。某种神秘的“μ荷”,象电荷一样,在粒子的相互作用中必须保持守恒。“μ荷”的守恒,     

神秘的中微子

中微子[1]是近年来科学界的热门话题之一,2001年加拿大萨德伯里中微子天文台(SNO)的观测结果和2002年SNO与日本KamLAND实验的结果,均证实中微子可以发生振荡,即中微子质量不为零.     

有关中微子是否有质量的实验研究

本文回顾历史上研究中微子性质的若干重要实验,介绍日本超神冈合作组大气中微子振荡实验的新结果,展望未来对中微子性质的研究.     

氚原子核发射单能γ射线的上限

中微子质量的问题是粒子物理学和天体物理学的重要问题之一。在氚原子核衰变过程,即~3→~3H+e~-+(?)中,β射线的能量很低,因而目前有许多实验,通过测量氚的β射线能谱来研究电子反中微子的质量。由于氚原子核的这种重要性,实验上确证氚是纯β放     

宇宙线起源中物理学前沿问题

宇宙线是由奥地利物理学家赫斯在1912年高空气球实验中发现的.此后,人们在宇宙线的研究中发现了众多的基本粒子及其相互作用规律,中微子振荡的最早发现也来自太阳中微子和大气中微子实验.迄今为止,人们所知道的最高能量的粒子也来自于宇宙线的观测.宇宙线的起源、加速和传播是一个世纪科学问题,从中诞生了高能伽玛天文学、高能中微子天文学和极高能宇宙线天文学.目前,人们已经发现了为数众多的电子加速源,但作为宇宙线成分中最为主要的核子,其起源问题依然没有解决.精确测量宇宙线核子的成分和能谱,观测和研究高能伽玛射线、高能中微子及极高能宇宙线的产生地点和相关机制,有助于解决宇宙线的起源问题.此外,这些研究也是间接探测暗物质粒子,研究宇宙演化和新物理学规律的重要手段.     

太阳中微子被~(81)Br和~7Li的俘获截面

最近提出用~(81)Br作为太阳中微子探测器来研究太阳中微子的通量。我们曾提出中微子老化假说解释了以~(37)Cl作为探测器的实验结果和理论值之间的矛盾。本文利用[2]中的假说及完全同样的参数计算了太阳中微子被     

太阳中微子的截面计算

太阳中微子问题是近年来天体物理学中的一个突出问题。戴维斯(Davis)及其合作者用实验测量了太阳中微子被~(37)Cl的吸收率v+~(37)Cl→~(37)Ar+e~-(0.814MeV) (1)(括号中的数字表示阈能),实验结果与理论严重矛盾。我们曾提出了中微子老化假说来解释太阳中微子的“短缺”现象,所谓中微子老     

探测低能量太阳中微子的低温两相电子泡探测器

提出并设计了一种新型的低温两相中微子探测器, 它利用电子泡在液氦池中特殊的传输特性, 实时、高效地测量了来自太阳质子-质子反应产生的低能量中微子. 该电子泡探测器的工作原理类似于时间投影室, 当入射中微子进入到探测介质液氦池中后, 与氦原子发生作用, 会激发弹性散射电子, 通过测量这些散射电子的能量及轨迹并与放射性背景信号分开, 就可以反推出入射中微子的能量和其他性质. 由于散射电子的信号很弱, 因此使用位于液面上方饱和蒸汽区的气体电子倍增器放大电子信号. 这种技术的突出优点是具有极高的空间分辨率和很好地抑制电离信号反馈的功能. 基于气体电子倍增器读取电信号和高精度CCD相机以进行探测光信号的新型时间投影室的研究, 目的是建造一个三维的空间分辨率为几个毫米量级的大型液氦低温探测器, 以探测能量低至100~200 keV的太阳中微子.     

第四种中微子的发现冲击现有的理论

英国和美国的物理学家们最近获得一些惊人的证据,表明可能存在着又大又重的第四种中微子,它不时地在原子核的β衰变中出驯.当一个中子衰变为一个质子时,同时释放一个电子和一个中微子,一般情况下放出的电子和中微子质量很小或几乎完全没有质量.1985年,一位加拿大物理学家在实验室中观测到     

两度辉煌的中微子

1995年诺贝尔物理学奖金一分为二:一半授予美国斯坦福大学的马丁·佩尔(Martin L.Perl),奖励他探测到了τ轻子;一半授予美国加州大学欧文分校的弗雷德里克·莱因斯(Frederick Reines),奖励他探测到了中微子.自然界的这两种亚原子粒子的实验发现均获诺贝尔奖,无疑是引人注目的.其中关于中微子探测实验的获奖,尤其令人称道.这有两个缘故:其一,诺贝尔物理学奖自1901年开始颁发以来,没有一个研究项目像中微子实验项目这样两次获奖(美国物理学家莱德曼、施瓦茨和斯坦博格因发现μ子型中微子而荣获1988年诺贝尔物理学奖);其二,没有一个诺贝尔物理学奖获得者像赖因斯这样事隔42年后才获奖.这两点,至少在诺贝尔物理学奖颁奖史上都创造了纪录．     

敲开新物理大门的中微子——2015年诺贝尔物理学奖介绍

 2015年的诺贝尔物理学奖颁给了Takaaki Kajita(梶田隆章)和Arthur B. McDonald,他们在分别领导的大气和太阳中微 子实验中发现了中微子振荡。这种现象表明中微子具有质量,相关实验结果是超出粒子物理标准模型的重大发现。通过介绍 这些实验以及相关的物理,以期读者对中微子研究有较为全面的了解,并对物理的知识体系和研究方法有比较清楚的认识。     

中微子是其自身的反粒子吗?

中微子振荡实验显示中微子有质量,而有质量的中微子基本性质的研究是当前粒子物理学的前沿热点.本文简要介绍反粒子的概念、马约拉纳费米子以及实验上如何检验中微子是否是其自身的反粒子.这个重要问题的答案将帮助我们探寻中微子质量的起源和超出粒子物理学标准模型的新物理.     

中微子静质量与宇宙早期的成团过程

中微子静质量可能不为零这一实验结果,有个直接的重要的天体物理推论,即有可能存在由中微子构成的自引力体系.这些稳定平衡的中微子自引力体系的质量大体是在星系团的尺度.另一方面,按照标准的大爆炸宇宙学,如果中微子具有静质量,例如m_ν～14—46eV,     

地球中微子:来自地球深部的信使

中微子是构成物质世界最基本的单元之一,在自然界广泛存在.正在建设的江门中微子实验站(JUNO)是我国第二个大型国际领先的中微子实验站.地球中微子(geo-neutrino)是地球内部天然放射性元素(主要是~(238)U,~(232)Th和~(40)K三种同位素)衰变产生的反电子中微子.它们在衰变过程中也同时释放出大量热能,是驱动地球演化的主要地热能来源之一.地球中微子的通量和产生的热能成固定比例.因此,测量地球中微子的通量,可以获得放射性元素分布及其对地热能的贡献.江门中微子实验站的探测器质量为2万吨,运行一年所获取的地球中微子事例数达到400个以上,超过全球已有地球中微子探测器10年所探测事例的总和.江门中微子实验站周围500 km以内贡献50%以上的地球中微子事例数,利用地球科学手段可合理、有效估算实验站周围及邻区地壳的贡献,实验站测量总数减去地壳贡献,可得到地幔的贡献.因此,有效充分利用实验站可望帮助解决放射性元素衰变对地热能的贡献、测量Th/U比值和来自地幔的放射性地热等问题,并推动国内中微子地球科学研究的交叉领域发展.本文首先介绍了地球内部有关热量未解决的科学问题及地球中微子可能的贡献,其次介绍了地球中微子研究的国内外现状及精确地壳结构模型研究的重要意义,随后着重介绍了江门中微子实验的地球中微子探测潜力及其独特的地理位置和探测优势对地球科学研究的意义,最后给出总结和展望.     

第四种中微子正式“死亡”

有争议的第四种中微子终于被宣布“死亡”。牛津大学的物理学家安德鲁·海姆最近承认他犯了一个错误。他的小组曾于1991年进行过一个实验,似乎表明有一种质量为17电子伏特的中微子存在。海姆的坦诚态度得到了许多理论物理学家的欢迎。因为如果真有一种17电子伏特的中微子存在,那末物理学家关于宇宙创生及运行的良好理论将遭到毁灭。关于第四种中微子存在的“证据”最早是于1985年提出的。加拿大圭尔夫大学的辛普森在做一次氚衰变实验时,发现了具有不寻常能量的电子。辛普森认为这种不寻常可用同时发射出一种17电子伏特的