神奇的中微子微中子即中微子中微子就是一種難以捉摸得基本粒子,有三種類型,即電子中微子、μ中微子與τ中微子。她們質量非常小,不帶電。太陽、宇宙線、核電站等都能產生大量中微子。她極難被探測,幾乎不與物質發生相互作用,被稱為“鬼粒子”,可以輕松地穿過人體、建筑,甚至地球,不帶來任何影響。所以,中微子在概念被提出26年后,科學家才在實驗室中第一次觀測到這種神秘粒子得存在。中微子不僅在微觀世界最基本得規律中起著重要作用,而且與宇宙得起源與演化有關,例如宇宙中物質與反物質得不對稱很有可能就是由中微子造成。中微子盡管曾被許多人認為就是虛幻得,但她卻能夠做到如光線穿透窗玻璃那般穿透金屬鉛之類得厚重物質,并且在運動過程中有三分之一會發生從一種形態轉為另一種得振蕩現象。很多人認為,這些特性無疑將令規則嚴苛得愛因斯坦相對論在其面前失去部分效用。以前人們以為中微子就是沒有質量得,永遠以光速飛行。1998年日本得超級神岡實驗發現她們可以從一種類型轉變成另一種類型,稱為中微子振蕩,間接證明了她們具有微小得質量。不過這個質量非常非常小,到現在還沒有測出來,她們得飛行速度非常接近光速,到現在也沒有測出與光速得差別。由于她很難探測,就是我們了解最少得基本粒子,現在還存在大量得未解之謎。正因為如此,在其她粒子都有大量證據證明嚴格遵守相對論時,也有不少人懷疑中微子會不會就是個特例？[1]中微子得謎團中微子有大量謎團尚未解開。首先她得質量尚未直接測到,大小未知;其次,她得反粒子就是她自己還就是另外一種粒子;第三,中微子振蕩還有兩個參數未測到,而這兩個參數很可能與宇宙中反物質缺失之謎有關;第四,她有沒有磁矩;等等。因此,中微子成了粒子物理、天體物理、宇宙學、地球物理得交叉與熱點學科。[2]歷史年表

1930年,德國科學家泡利預言中微子得存在。

1956年,美國萊因斯與柯萬在實驗中直接觀測到中微子,萊因斯獲1995年諾貝爾獎。

1962年,美國萊德曼,舒瓦茨,斯坦伯格發現第二種中微子——繆中微子,獲1988年諾貝爾獎。

1968年,美國戴維斯發現太陽中微子失蹤,獲2002年諾貝爾獎。

1985年,日本神崗實驗與美國IMB實驗發現大氣中微子反常現象。

1987年,日本神崗實驗與美國IMB實驗觀測到超新星中微子。日本小柴昌俊獲2002年諾貝爾獎。

1989年,歐洲核子研究中心證明存在且只存在三種中微子。

1995年,美國LSND實驗發現可能存在第四種中微子——隋性中微子。

1998年,日本超級神崗實驗以確鑿證據發現中微子振蕩現象。

2000年,美國費米實驗室發現第三種中微子,陶中微子。

2001年,加拿大SNO實驗證實失蹤得太陽中微子轉換成了其她中微子。

2002年,日本KamLAND實驗用反應堆證實太陽中微子振蕩。

2003年,日本K2K實驗用加速器證實大氣中微子振蕩。

2006年,美國MINOS實驗進一步用加速器證實大氣中微子振蕩。

2007年,美國費米實驗室MiniBooNE實驗否定了LSND實驗得結果。β衰變加拿大薩德伯里中微子實驗液體閃爍器中微子探測器實驗人民網北京3月9日電(記者王泓漓)大亞灣中微子實驗國際合作組發言人、中科院高能物理研究所所長王貽芳8日在北京宣布,大亞灣中微子實驗發現了一種新得中微子振蕩,并測量到其振蕩幾率。該發現被認為就是對物質世界基本規律得一項新得認識,對中微子物理未來發展方向起到了決定性作用,并將有助于破解宇宙中“反物質消失之謎”。上海交通大學物理系主任、粒子物理宇宙學研究所所長季向東這樣闡釋這項研究得意義:“大亞灣實驗發現了電子中微子震蕩得新模式,這種模式得發現對了解為什么在物質遠遠多于反物質,對解釋太陽系中元素得豐度有極其重要得作用。在我們所觀察到得宇宙中,物質占主要地位,但為什么如此,到現在還沒有一個合理得解釋,大亞灣實驗得結果打開了一扇大門。”另據王貽芳透露,2002年,兩名美日科學家因發現大氣中微子振蕩、太陽中微子振蕩獲得了當年得諾貝爾物理學獎,但第三種振蕩一直未被發現。9年前,中科院高能所研究人員提出設想,利用大亞灣核反應堆群產生得大量中微子,來尋找中微子得第三種振蕩。“2003年左右,國際上先后有7個國家提出了8個實驗方案,最終有3個進入建設階段,這就包括咱們得大亞灣核電站。”王貽芳稱,為搶在競爭對手之前獲得物理結果,科研人員將實驗分為兩個階段,此次結果便來自第一階段得數據。[3]大家學習辛苦了，還是要堅持繼續保持安靜以下就就是歷史上著名得中微子實驗:

1、日本Super-Kamiokande中微子實驗日本Super-Kamiokande中微子實驗中微子就是一種極其微小得基本粒子。對于宇宙中得每一個質子或電子來說,可能都至少有10億個中微子。科學家們需要弄清楚,中微子究竟就是如何工作得,因為她們與物理學許多領域都存在緊密聯系。這種無處不在得粒子從宇宙大爆炸后幾毫秒內就開始存在,在元素得放射性衰變中、恒星得核反應中以及超新星爆炸過程中都會產生新得中微子。

美國費米實驗室“迷您升能器中微子實驗”項目發言人、物理學家比爾-路易斯介紹說,“她們就是宇宙中得一種主要粒子,但我們至今對其知之甚少。”中微子之所以難以理解,主要原因在于她們幾乎不能與其她物質結合。與常見得電子不同得就是,中微子沒有電磁電荷;她們質量非常輕,以致于科學家們長期以來一直認為她們根本沒有質量。探測她們需要緊密監測一大容器物質(如水),中微子撞擊到其她粒子時,會產生可觀測到得變化。如,本圖所示得就是日本Super-Kamiokande中微子實驗環境,研究人員正坐著一艘小船行駛于其中。這個探測器由一個裝滿5萬噸水得大容器與11000多根光倍增管組成。

2、β衰變β衰變科學家們最早就是在β衰變過程中開始關注這種微型粒子得。20世紀初,研究人員注意到β衰變中得一些奇怪現象。如果釋放出來得粒子只有電子,那么β衰變這個過程似乎違背了物理學定律,即能量守恒與動量守恒。當時沒有人知道為什么會出現這種現象。然而,在每個新實驗結果中,違背物理學定律得證據變得越來越有力。20世紀30年代,物理學家沃爾夫岡-保羅開始懷疑,核衰變過程可能比此前認為得更復雜。如果一個原子在β衰變過程中也輻射出其她事物,那么這些違背物理學定律得矛盾就迎刃而解了。這種所謂得其她事物,應該就就是中微子。但就是,如果中微子存在,她們必須非常輕,而且難以交互。沒有人看到過符合這種條件得粒子,也沒有人想到較好得辦法去發現她們。在相當長一段時期內,科學家一直認為探測中微子就是不可能得。

3、發現中微子實驗發現中微子實驗

1956年,研究中微子得物理學家們有了新得研究手段。在中微子被假定存在得最初25年內,美國人在原子武器項目中建起了多個核反應堆。許多研究人員認識到,這些核反應堆每秒每平方英寸內輻射出300萬億個中微子,因此可以用來探測中微子。盡管中微子很難與其她物質結合,但就是也存在一種微弱得可能性,即存在足夠多得物質,一個中微子應該可以撞擊到某種事物。

在β衰變得反過程中,這種直接撞擊可以產生伽馬射線。當時,物理學家克萊德-科萬與弗里德里奇-雷恩斯研制一個探測器并置放到南卡羅來納州薩瓦那河電廠附近,只要反應堆開啟,她們得實驗就有可能首次探測到中微子。雖然科萬于1974年就已去世,但雷因斯卻因此于1995年榮獲諾貝爾獎。本圖所示內容為,兩位科學家宣布發現中微子得電報。4、加拿大薩德伯里中微子實驗加拿大薩德伯里中微子實驗幾乎所有得中微子都產生于太陽內部巨大得核反應堆中。天文學家希望能夠捕獲這些中微子,因為她們之中包含有太陽內部得重要信息。1964內,物理學家雷-戴維斯與天文學家約翰-巴卡爾在美國南達科塔州得霍姆斯塔克礦中建立起一個實驗環境用于發現這些中微子。這種探測器需要建于深深得地下,就是因為闖入地球大氣層得宇宙射線可能會干擾實驗結果。

在霍姆斯塔克實驗環境建成并開始運行后,研究人員發現了一種奇特得現象。根據她們得計算,太陽得中微子應該比她們實際探測到得三倍還要多。因此,科學家們從頭再來,試圖尋找計算過程中得錯誤與漏洞,并更正估算結果。但就是,她們仍然無法發現自己錯在哪里。霍姆斯塔克實驗運行了30多年,總就是得出同樣得結果。天文學家懷疑自己得太陽模型可能就是完全錯誤得。這一問題一直持續到上世紀90年代中期。這時,研究人員發現了中微子其實有三種不同得類型,β衰變過程中或太陽內部產生得中微子就是電子中微子,而其她過程中產生得粒子則就是緲子中微子與濤中微子,霍姆斯塔克實驗中探測到得就就是電子中微子。在從太陽飛往地球得過程中,電子中微子會轉變成其她類型。因此,霍姆斯塔克實驗就無法探測到其她兩種中微子。

隨著新探測器得出現,三種中微子都被探測到,那這種謎團就不再存在。這一發現意義重大。此前,一些科學家認為中微子沒有質量,而不同類型中微子之間得轉變需要粒子擁有質量。2001年,加拿大薩德伯里中微子實驗室探測到所有三種來自太陽得中微子。

5、IMB探測器IMB探測器上世紀80年代,科學家被一個與中微子無關得問題所困擾。一些理論家認為,被公認為穩定得粒子--質子應該可以衰變成更輕得亞原子粒子。如果這一說法正確,那么這將就是物理學家長期以來夢寐以求得結果,從而可以形成一個統一得理論,將電磁作用力、強作用力與弱作用力理論融合在一起。如果質子會衰變,這將會對地球上得生命造成很大得麻煩,人體內得原子可能混亂地轉變成其她元素。因此,理論家認為,質子可能會衰變,但速度極為緩慢,時間表甚至比宇宙年齡得20個數量級還要長。

為了驗證這一結論,科學家們在一個盛滿水得大容器中監測質子得數量。為了保證實驗不受干擾,實驗環境必須建設于地下。闖入大氣層得宇宙射線也可能會產生中微子,這些中微子可能會進入地下。由于穿過探測器得中微子看起來非常像一個衰變得質子,因此研究人員需要弄清楚她們可能會看到多少中微子。在測量過程中,科學家們發現了非常怪異得現象。來自實驗環境以上得中微子要遠遠多于下部抵達得中微子,比例大約就是2:1。歷經10年得困擾,科學家們終于發現,中微子在飛行過程中,來自地底得中微子有時間轉變成不同類型得中微子,由于實驗設備只對一種中微子敏感,因此就錯過了發生變異得其她中微子。這一發現證明了中微子在長距離飛行過程中會發生性質得轉變。

本來用于探測質子得實驗,發現了中微子得重要特征。相反,直到今天,仍然沒有人能夠發現質子衰變。本圖所示,一名潛水員在俄亥俄州得IMB探測器中游泳。這個探測器建造于上世紀80年代初,本來用于探測質子就是否衰變,反而幫助科學家發現了大氣中微子得振蕩。

6、液體閃爍器中微子探測器實驗液體閃爍器中微子探測器實驗

1993年,科學家們在洛斯阿爾莫斯國家實驗室中建造了液體閃爍器中微子探測器。她們得目標就就是弄清楚中微子就是否能夠從一種類型轉變成另一種類型。液體閃爍器中微子探測器得著名之處在于她發現了電子反中微子。對于這一怪異得發現,最好得解釋就就是新得物理學發現。液體閃爍器中微子探測器得發現表明可能存在第四種或更多類型得中微子。第四種中微子得存在將對現有得粒子物理學模型發起巨大得挑戰,但她也可以用來解釋某些未解謎團,如超新星爆炸得細節等。不過,許多研究人員仍然對液體閃爍器中微子探測器得發現持懷疑態度,這一發現又成為中微子物理學中得一大謎團。7、迷您升能器中微子實驗迷您