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    每一秒,几万亿颗“幽灵粒子”穿越人体

    2017/1/16 13:39:31

    中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子,和电子、夸克等都一样,都是宇宙基本组成单元。中,描述的并不是它个头的大小,指的是“电中性”。

    中微子共有三种类型,即电子中微子、缪子中微子和陶子中微子,在目前已知的构成物质世界的12种基本粒子中,占了四分之一,在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中同时扮演着极为重要的角色。太阳的核聚变、超新星的爆发、宇宙射线与地球大气层的碰撞、核反应堆中放射性衰变元素的裂变,以至于地球上岩石等各种物质的衰变,都能产生中微子。

    看似无处不在,但这种神秘的“幽灵粒子”却让想要捕获它的科学家吃尽了苦头。中微子质量微小,但穿透能力极强,与其他物质几乎不产生相互作用。1MeV的电子顶多穿透2mm的铝,而相同能量的中微子则可以轻松穿过整个地球。实际上,每一秒钟都有几万亿颗中微子穿透人体,却无法感知。

    研究者们之所以对中微子的种种谜团展露兴奋,是因为中微子极有可能是打开标准模型之外物理新世界的那把钥匙。在粒子物理世界中,一种叫做“标准模型”的理论模型描述了各个基本粒子及其之间的相互作用。标准模型所预测的W玻色子、Z玻色子、胶子、顶夸克及魅夸克,最终被实验一一验证。特别是获得2013年诺贝尔奖物理学奖的“上帝粒子”希格斯玻色子(Higgs Boson),是补齐标准模型的最后一块拼图。

    但中微子振荡不一样,它是目前唯一直接超出标准模型的实验结果。

     

    192个8英寸光电倍增管安装在紧贴钢罐内壁的支架上,用于探测中微子俘获时发出的光信号。

    大亚湾实验:发现中微子的第三种振荡模式

    1968年,美国物理学家雷蒙德˙戴维斯首次发现,来自太阳的电子中微子数目比理论预言的要少。难道中微子在以光速飞行的过程中消失了?这令人难以置信。这一现象,被称作“太阳中微子消失之谜”。

    此后进行的多项实验,证实了这一现象的存在。物理学家们发现,中微子有一个特殊的性质,即中微子三兄弟可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型,这种转变可以循环往复,因而被称为中微子振荡。中微子振荡表明,中微子有微小的质量,是目前唯一的超出粒子物理标准模型的新物理实验证据。原则上,三种中微子之间相互振荡,两两组合,应该有三种模式,三种混合模式各有相对应的混合角θ12、θ23、θ13(读作 theta-一二、二三和一三,而非十二、二十三和十三,所描述的是一到二、二到三和一到三的转变)。

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