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时间:2022-09-01 16:24:03  作者:黎明   来源:Neutrino - 两次盗窃 Dake Math Man · 2 小时前-米乐体育m6,米乐体育app下载  

米乐体育m6,米乐体育app下载原标题:中微子——两次盗窃

米乐体育m6,米乐体育app下载作者:曲炯

米乐体育m6,米乐体育app下载近日,江门中微子实验项目进展屡屡引起人们的关注。什么是中微子?江门中微子实验在做什么研究?来说说这个内容吧!

米乐体育m6,米乐体育app下载中微子的故事比较长,所以我们分成两集。在第一集中,我们来谈谈中微子的发现历史以及与之相关的两起“盗窃案”。

中微子是被预测的粒子,就像海王星一样,人们首先意识到它的存在,然后到现实世界去寻找它。人们预测海王星是因为天王星迟到早离。提出中微子的原因是什么?我们必须从第一个“盗窃”开始——“能源盗窃”。

人们在研究核辐射时发现,β衰变发射的β粒子的能谱是连续的。也就是说,放射性原子核发射的电子的能量不是一个单一的确定值,而是具有从零到某个上限的各种动能。这让科学家们非常困惑。按理说,如果从原子核中抛出一个电子,电子向东,原子核向西,都是确定的粒子,那么应该确定电子的能量。然而,实验室数据是明确的,没有发现其他辐射来平衡账单。

这个案子难倒了很多物理“警察”。即使是伟大的玻尔神也怀疑世界运行的一些基本规律,并打算承认β衰变中的能量、动量和角动量是不守恒的。

另一位大神泡利认为,只要β衰变的能谱有上限,事情应该不会严重到推翻基本规律的地步,只有一个敏捷且反侦察能力强的盗贼偷走了能量。 .他提出,在β衰变过程中,原子核除了释放电子外,还产生了当时科技手段无法探测到的中性粒子,带着能量偷偷溜走。

泡利首先将假设的粒子命名为“中子”,但很快就变得尴尬了。 1932 年,查德威克发现了我们现在所知的中子,并盗用了“中子”这个名字。泡利预言的粒子必须被赋予一个新名称:“中微子”。

人们正在竭尽全力寻找中微子。终于,1956年,莱因斯和柯文在核反应堆旁使用400公斤氯化镉水溶液和4200升液体闪烁体,制成了当时世界上最大的中微子探测器,并清晰地发现了中微子探测器。 , 与理论吻合得很好。当这个“能量窃贼”落网时,距离泡利的预言已经过去了26年,而此时泡利还活着,真是令人欣慰。

我们周围实际上有很多中微子。在我们体内的每一秒,都有 3 万亿个太阳中微子高速通过。但是我们没有意识到这一点,因为中微子的质量非常小并且是电中性的。在宇宙的四种效应中,它们只参与引力和弱相互作用。由于质量极小的中微子不表现出任何引力,而弱相互作用的作用距离很短,因此中微子在穿过普通物质时不会受到太大的阻碍,难以探测。在他们面前,整个大地,甚至太阳都是透明的。通过与地球一样厚的物质,100亿个中微子中只有一个可以被捕获。

我们经常听到“暗物质、暗能量”这样的词。暗物质是指不参与电磁、不发光、不吸收光的物质。中微子是暗物质的一个很好的例子,但它不是我们从公共媒体上听到的最多的“暗物质”类型。这就是该理论所说的构成宇宙质量的大部分,但它非常慢,不像中微子以接近光速的速度移动,所以它们被称为“冷暗物质”,而中微子是“热暗物质”。

作为一个问题,与中微子相比,同样是电中性的中子具有更强的相互作用,并且中子具有相当大的质量并且可以携带高动能。如果中子束击中我们的身体,会破坏很多原子核,引起辐射病,后果相当惨烈。因此,大家还是要避免电离辐射(很多情况下,日常生活中几乎没有),也不必害怕中微子,它们视我们为虚无。

回到中微子的话题上,这样一个反侦察能力超强的“能量窃贼”是怎么被发现的?尽管中微子非常不愿意介入红尘事务,但它们参与弱相互作用的概率仍然很小。只要这个概率不为零,且基数足够大,还是可以被抓到的。

科学家们使用的拦截设备通常是一个大水池,里面装满了高度透明的液体拦截剂,周围布置了一圈围观者——光电倍增管。如果一个中微子以很小的概率撞击拦截器中的一个原子核并发生反应,那么原子核会立即衰变并发射一个光子,由光电倍增管监控,我们也间接看到了中微子。

液体闪烁拦截器通常也掺杂有捕获中子(是的,中子)的某些元素,例如镉或钆。中微子撞击液体闪烁体中的质子,质子反应产生中子和正电子。正电子与附近的电子湮灭并闪光一次,而较慢的中子在一段时间后被镉或钆等掺杂核捕获。然后新的原子核衰变并再次闪烁。这种绑定的双闪信号具有鲜明的特点,可以大大减少干扰,提高中微子捕获事件的可信度。

中微子的发现带来了一系列新问题。每个人都喜欢这颗冷酷古怪的恒星,对它的研究很快导致了第二起中微子本人迷路的“盗窃案”。

1960 年代,戴维斯领导的 Homestake 实验观察到来自太阳的中微子通量与标准太阳模型不匹配,仅为理论值的三分之一。 1988 年,梶田和他的两位导师在神冈实验中发现,宇宙射线轰击大气层顶层也产生了比预期更少的中微子。这两个发现分别被称为“太阳中微子问题”和“大气中微子异常”。

如前所述,中微子的提出是从“能源盗窃案”开始的。现在,肇事者本人已被带兜帽的麻袋偷走,“中微子盗窃案”出现。这一幕真是莫名的欣喜。

解释“中微子盗窃”的理论其实早在事件发生之前就已经提出。在最初的标准模型中,中微子的静止质量应该为零,但如果不是呢?科学家预测,如果静质量不为零,可能会出现“中微子振荡”现象,即一个中微子在飞行过程中可以变成其他中微子,其跃迁概率与其能量和飞行距离有关。 ,变过去又变回来,所以叫“振荡”。只能探测某些类型的中微子的中微子探测器感觉比预期的要少。

已知的中微子共有三种。一个总是由电子产生,称为电子中微子;一个总是由μ子(μ子,可以看作是电子的加权版本)产生,称为μ子中微子;第三种类型的发现,总是伴随着 tau(tau,电子的超重版本)产生,被称为 tau 中微子。我们称它们为中微子的不同“风味”:电子、介子和陶器。新鲜出炉的太阳中微子具有电子味。如果我们能检测到它变成的其他味道,我们能解决这个问题吗?

自 1996 年以来,由梶田孝正主持的超级神冈实验一直在运作。这次的中微子探测器具备了识别中微子方向和气味的能力。 1998年,超级神冈实验公布了检测结果。检测表明,来自探测器下方的 Munu 中微子明显少于来自上方的中微子。这种差异意味着什么?上面的 Muu 中微子是从头顶的大气中新鲜产生的,而下面的 Muu 中微子是从地球另一侧的大气中产生的,并在另一个地球上运行。虽然地球在中微子眼中被认为是透明的,但地球的直径却不容忽视。来自下方的苗族中微子在穿越地球一段距离后发生了变化。因此,超级神冈实验以确凿的证据发现了大气中微子的振荡。

在随后的SNO实验中,“太阳中微子盗窃案”也宣布破案。这个实验使用重水作为拦截器,可以探测到所有三种味道的中微子,不像“盗窃”案中的探测器只能探测到电子味道。 SNO实验结果显示,中微子总量符合太阳标准模型的预测,但电子中微子确实“丢失”了——因为它们从太阳跑到地球,变成了其他味道,在“盗窃案”中,“它刚刚逃脱了侦查。

关于中微子的发现历史,我们先在这里梳理一下,然后再了解一下其他的研究,以及我国所做的研究工作!

文章由科普中国-创意培养计划出品

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