“冰立方”藏在南极的中微子“捕手”

<正>中微子,这个曾在2011年的"超光速"乌龙事件中一度街知巷闻的粒子物理学名词,在国际物理学的舞台上几度掀起了波澜。先是2013年11月,位于南极的"冰立方"中微子天文台首次确定探测到了来自太阳系外的深空中微子;而后是2014年的2月11日,一组英国科学家对中微子的质量提出了新的见解,认为中微子比先前认知的要重得多;最近     

冰立方——深藏南极冰下的中微子探测器

2010年12月18日,历时10年、耗资2.71亿美元的＂冰立方＂中微子探测器,在寒冷而神秘的南极宣告建成。这一科学探索项目,将利用南极极为纯净的古老坚冰层作为＂望远镜＂,搜寻来自茫茫宇宙空间的高能基本粒子——中微子……     

科学家为何偏爱中微子

<正>人类首次确认37亿光年之外的超高能中微子的源头,这是继引力波之后的又一重大天文事件!人类探索宇宙的下一个重大发现也被认为或许就藏在宇宙中微子中。2018年7月,由威斯康辛大学麦迪逊分校主导的"冰立方"小组宣布,冰立方探测器于2017年9月22日探测到一个来自37亿光年之外的超高能中微子。美国宇航局(NASA)的费米卫星小组则宣布:在同一方向的一个编号为TXS 0506+056的天体的伽玛射线的亮度在此期间突然变大,这意味着这个中微子很可能来自耀变体     

观测天体物理的开创性工作

2002年的诺贝尔物理学奖颁给了美国的戴维斯(Raymond Davis,Jr)、贾科尼(Riccardo Giacconi)和日本的小柴昌俊.其中戴维斯和小柴的贡献在于将高能和粒子物理的研究方法应用于探测来自宇宙空间的中微子,他们经过1960年代以来的努力工作找到了来自太阳和超新星爆发的中微子辐射,从而确定了中微子的一些内部性质,也确立了中微子天文学的地位.贾科尼不仅是国际知名的高能天体物理学家,也曾长期担任天文学界几个重要科研单位的领导人.他得奖的部分贡献是在1960和1970年代通过空间观测手段发现了来自天体的X射线,开创了X射线天文学的先河.     

北半球最大深水中微子望远镜启用

近日,俄罗斯在贝加尔湖中启用北半球最大的深水中微子望远镜"Baikal-GVD",用于记录来自天体的超高能中微子流,研究地球物理学、水文学和淡水生物学现象,探索宇宙的产生和进化过程. 中微子望远镜就是一种可以测量来自宇宙深处、数量相当稀少的超高能中微子,并可以确定它们所对应的天体源的方位的超大型探测装置.为了避免其他信号的干扰,它通常被安置在冰层深处或海底和湖底."Baikal-GVD"于2015年开始,由捷克、德国、波兰、俄罗斯和斯洛伐克的科学家合作建造.该浮动天文台由数百个玻璃和不锈钢制成的球形模块组成,单个模块为1立方米大小,这些模块通过一组电缆相连,目前占用的体积为500立方米.     

物理界名人质疑中微子比光速快

几十纳秒,这在我们日常生活中是感觉不到的一瞬间,但在实验物理学中却能产生重大差别。9月23日,一个欧洲物理学合作项目——OPERA(利用乳胶寻迹设备开展中微子振荡实验项目)——宣布了一项令人震惊的发现:在位于瑞士和意大利两地实验室之间进行了一次中微子基本粒子的地下之旅后,经过测速,研究人员发现,中微子完成这段行程要比光速走完同样距离     

太阳中微子动摇了物理定律

美国天体物理学家认为.用粒子物理的标准模型来解释太阳中微子是不充分的。过去,天体物理学家一直用标准模型来预期来自太阳的中微子通量,但20年来在南达科打州的 Homestake 金矿中测得的来自太阳的中微子通量只有预期的1/3和1/2。此     

“冰立方观测台”：在冰层下寻找宇宙物质

旨在探测来自太空神秘微粒中微子观测台——“冰立方观测台”——于2010年年底在南极洲落成。这一世界上最独特的观测台被置于南极洲冰层2438．4米（8000英尺）以下,整个项目投资2．79亿美元，其中美国科学基金会投资2．42亿美元。该观测台的沿伸构建计划在冰层中钻探86个冰洞，放置5160个光学探测器．     

快速中微子挑战物理学家

一个笑话开始于酒吧男侍的一句话:"抱歉,我们不提供中微子服务。"正说着,一个中微子便悄无声息地闪入了酒吧。9月23日,这则曲折纠缠的幽默随着下面这条新闻已在互联网上盛行:在意大利格朗萨索国家实验室进行的OPERA一次实验测定,中微子超过了光速。中微子从欧洲核子中心(CERN)到达格朗萨索实验室,其间足足旅行了730公里。大部分物理学家怀疑     

时间旅行将成为可能

据国外媒体报道,古怪神秘的中微子再一次让粒子物理学家感到迷惑,在此之前,粒子物理学家发现来自太阳中微子实际测量的流量与理论模型之间存在较大偏差,这就是著名的中微子缺失之谜,中微子的缺失使得物理学家不得不思考当时认定的标准太阳模型是否存在问题。接着,空间中微子探测器发现宇宙中中微子存在震荡的现象,3种不同类     

斩获2015年诺贝尔物理学奖

<正>梶田隆章和阿瑟·麦克唐纳关于中微子振荡的发现证明了中微子具有质量。证明中微子传播过程中在不同类型、又称"味"之间振荡的两位科学家斩获今年的诺贝尔物理学奖,他们的发现证明了这种"幽灵"粒子具有质量。日本东京大学的梶田隆章和加拿大女王大学的阿瑟·麦克唐纳(Arthur Mc Donald)因其研究团队分别在两个建于地下深     

太阳中微子失踪的新解释

据美国两个研究小组的天文学家们说,来自太阳的中微子到达地球的数目似乎与太阳表面黑子的数目和穿过太阳的声波的传播速度有关。这种看法给所谓的太阳中微子问题的研究带来了新的希望,并有可能揭示太阳深处的活动情况。     

多信使的盛宴

<正>在过去几十年内,天文学家已经观测到了几千个耀变体。"耀变体发射高能宇宙线和高能中微子"的图景很漂亮,却一直未得到有力的证实。但这个局面在2018年9月发生了改变:"冰立方"探测到一个遥远的超高能的中微子,而伽玛射线卫星探测到同一方向来的伽玛射线辐射。这两个探测结果表明,"耀变体发射高能宇宙线和高能中微子"的图景很可能是正确的,因此这个结果也被视为多信使天文学的一大突破。     

科学之窗

《自然》:科学家探测到“地中微子”1997年开始建造的KamLAND探测器,位于日本西北神冈1000米深的矿井下,由日、美、中三国近一百位科学家组成的KamLAND实验组探测来自日本及南韩的二十多个核电站反应堆产生的中微子。     

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.     

走近诺贝尔奖(十五——连载完) 探索中微子“变脸”之谜

正我们生活在一个中微子充斥其间的世界。当你在阅读这段文字的时候,已经有数以亿计的中微子穿过了你的身体。由于中微子善于穿透任何物质,因而被科学家称之为难以捕捉的"幽灵粒子"。最近,两位物理学家因为在中微子方面的突出贡献而被授予2015年诺贝尔物理学奖。     

Tevatron关闭令美国物理学家心碎

9月23日,在欧洲的主要粒子物理学实验室——欧洲核子中心(CERN)——工作的研究人员中引起轰动。他们指出,谜一样的充满整个宇宙但却几乎不与任何物质发生作用的中微子,其速度可以超过光速。然而,根据爱因斯坦的狭义相对论,这显然是不可能的。2007年曾得出相同结论CERN的"乳胶寻迹设备开展中微子振荡实验项目"(OPERA)的物理学家向730公里处的意大利格     

中微子:20世纪科学的重大发现

日本东京大学科学家利用废弃的矿坑建成地下水槽，在水槽中装满5吨水。他们利用这个巨大装置观测大气中的中投子，历时两年多，观测到的中微子数量比理论值少得多。这是由于中微子通过大气层和地球时，大量μ中做手转变为难以探测的，中做子，这种震荡现象，说明中微子具有静止质量。1998年来自25个国家的350多名科学家目睹了实验过程，证明中微子的确具有停止质量。这一结论轰动了全世界，它是人类认识中微子的新里程碑，它对粒子物理学和宇宙标准理论将产生深刻影响，我国两院院士评出这是1998年全世界十大科技新闻之一。中做子，作为20世…     

中微子可能突破宇宙速度极限

时下,物理学界被一则新闻打破了平静:一个由欧洲物理学家组成的团队宣布,经测定,一种名为中微子的亚原子粒子的突发速度打破了宇宙速度的极限——即由爱因斯坦于1905年确立的光速极限。如果此言不虚,那么这一事实将会改变我们的世界。然而这个"如果"却蕴含着一个大大的不确中微子突发速度似乎是宇宙速度极限的一个例外     

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.