加速器中微子物理

中微子是基本粒子中最为奇特的粒子之一.它不带电,稳定,质量接近于零,自旋为1/2,没有磁矩,以光速运动,属于轻子族,只参与弱相互作用.1930年,泡利为了解决原子核β衰变现象中出现的矛盾首次在理论上引进这种粒子.1933年费密称它为中微子(以ν表示),并提出四费密子相互作用来解释β衰变现象,奠定了弱相互作用的理论基础. 中微子广泛存在于自然界中,但用天然中微子来进行实验是十分困难的.首先,中微子与物质的相互作用极弱,其次,天然的中微子的数量也太少.因此,长期来中微子的存在及其性质都是以间接的方式确定的:从原子核β衰变的β能谱形状可推断中微子的自旋为1/2;从能谱高端的形状可推断中微子质量接近于零.     

自然信息

双β衰变加利福尼亚大学的物理学家第一次直接测定了一种非常罕见的放射性形式——双β衰变的半衰期。他们的成果对确定中微子的质量的理论尝试会产生影响。当原子核变换成一种需要较低能量的形式时,放射性发生。一个普通的方式是一个中子变换成一个质子而放射出一个电子和一个反中微子,即人们熟知的β衰变。在包含     

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     

原子核的双β衰变

原子核的单β衰变过程已为人们所熟知,一个典型的过程是中子衰变为质子,并放出电子和中微子,即n→p+e+v.自从1914年查德威克测量β衰变的连续能谱以来,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.例如,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.近几年来,规范理论研究的进展表明自然界中的一个基本定律——轻子数守恒律可能不是绝对守恒的,它在某些过     

低能核辐射探测

低能核辐射指原子核衰变或反应时发出的辐射或粒子,包括电子、质子、中子、光子、中微子等基本粒子与氘核、氚核、α粒子、裂变碎片、碳离子、铁离子等各种原子核与重离子。核辐射通过介质时,会产生各种物理效应:电离、激发、原子移位、发射次级粒子、产生核反应等等,并导致某些化学变化。用核辐射探测器将这些变化记     

我国天然水中氚含量的分布特征

氚是氢的一种宇宙成因放射性同位素。宇宙射线和上层大气组分相互作用生成氚,主要的核反应是~(14)(n,~3H)~(12)C,~(16)O(P,~3H)~(14)O。氚的半衰期为12.26年,并经β~_反应,生成氦的稳定同位素~3He。在大气圈上层生成的氚组成水分子后,与大气层水汽混合,参与天然水的循     

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     

自然信息

~(26)P 显示新的衰变现象美国加利福尼亚州劳伦斯·伯克利(Lawrence Berkeley)实验室的物理学家们找到了新型放射现象的第二个例子.大约在一年以前,他们曾报道~(22)Al 会发生“β缓发两质子衰变”,现在又在~(26)P 发现了类似的衰变现象.一般来说,放射性衰变反映出不稳定的原子核有一种趋向稳定构造的倾向.稳定的方式之一就是调整原子核内质子和中子的数目,使其达到最适当的比例,以使原子核总能量降至最低.在普通的β衰变中,一个中子(或质子)转变成一个质子(或中子)同时放出一个电子(或正电子)及一个反中微子(或中     

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.     

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     

中微子检测技术的新发展

数十年来,世界各地的科学家们一直在研究中微子以及太阳和其它星星射出的难以捉摸的亚原子微粒。虽然最终找到了它们,但问题在于仍然没有发现太阳中微子,而它们通过解释太阳内部原子核反应的理论预测到,这些没有捕捉到的太阳中微子依然是物理学中最令人困惑的问题之一。东京大学宇宙射线研究学院的研究人员期望有一种比较先进的中微子检测器能澄清这个秘密。他们计     

计算无规聚丙烯~(13)C-核磁共振谱甲基碳的化学位移

如果在原子核裂变时形成密度高于正常原子核的超密核,将会放出高能γ射线。我们用铅玻璃全吸收γ谱仪测量~(252)Cf自发裂变时放出的γ射线,着重搜索能量大于50兆电子伏的高能γ射线。实验用ZF_1型铅玻璃(大小为12×12×20厘米~3)的谱仪记录γ射线。强度约200裂变/秒的~(252)Cf     

β衰变研究的近况

原子核衰变的研究为1939年铀原子核裂变的发現开辟了道路,它是原子核物理学中历史最久的一个部门。自从带电粒子加速器建成以后,实驗室内就能制造放射性同位素,原子核衰变研究有了进一步的发展。近年来中子反应堆大量生产放射性同位素,在应用上,对于它們衰变情况的了解更有迫切的要求。原子核衰变可能是放射α射綫的α衰变,也可能是放射β射线的β衰变。在这些衰变的过程中往往也伴随着γ射线的发射。这是因为衰变后的原子核多半是处于激发态,原子核从激发态跃迁到能量较低的能     

GALLEX终于产生了中微子

虽然,中微子被列在最难探测到的基本粒子之中,但是,在了解太阳如何利用它的核燃料产生能量这一问题上,中微子提供了独一无二的窗口。在太阳核心中,氢和其它原子核发生聚变的每一阶段都产生中微子,同时,数以亿兆计的、幽灵般的中微子流毫无阻挡地直接射向地球。     

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     

超高分辨率γ射线穿透特性的测量

我们利用由无反冲原子核γ射线源和共振吸收体组成的γ射线谱仪,测量γ射线穿透介质的特性。实验时,用处于相对运动的~(57)Co源,使~(57)Fe的14.4千电子伏γ射线穿透碳、铝、铜等不同材料的     

简易180°聚焦β谱仪

磁场聚焦β谱仪是测量原子核β和γ射线能谱的主要仪器之一。在确定低能原子核能级的特性工作上以及在放射性同位素的应用方面,它是非常有用的。作为一种射线测量工具,近代的磁场聚焦β谱仪的发展趋向于追求高度的能量分辨率和透射率。不过,由于磁场安排形成的电子光学系统的象差,往往不容易在两方面同时达到完善的程度。例如,双聚焦β谱仪有很好的能量分辨率,但是在透射率方面并不比平面聚焦的β谱仪     

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.     

基于HIRFL-RIBLL1装置开展的极丰质子核衰变研究进展

远离β稳定线原子核的衰变是当前核物理领域的一个前沿热点.本文回顾了近年来在HIRFL-RIBLL1上开展的轻核区极丰质子核的衰变研究.首先介绍实验方法,包括β-p-γ符合测量的探测器阵列以及当前发展的连续束注入-衰变方法.随后重点介绍~(22)Si和~(27)S的衰变研究及相关话题,包括国际现状和国内工作的进展.在~(22)Si衰变研究中,发现了奇特的β2p衰变模式,由此首次从实验上确定了~(22)Si的质量.此外,与~(22)O的β衰变作对比,发现跃迁到子核第一个1~+激发态的不对称性达209%,是迄今为止最大的镜像不对称性,为探索同位旋破缺提供了新线索.在~(27)S衰变研究中,观察到28条衰变分支,其中24条βp分支是新发现的,由此构建了完善的衰变纲图.进一步,推导出了~(26)Si(p,γ)~(27)P热核反应率,探讨了在新星和X射线暴场景中对星际~(26)Al核合成的影响.