中微子

邓文龙

中微子

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中微子又译作微中子，是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，常用符号ν表示。
中微子个头小、不带电，可自由穿过地球，自旋为1/2，质量非常轻（有的小于电子的百万分之一），以接近光速运动，与其他物质的相互作用十分微弱，号称宇宙间的“隐身人”。科学界从预言它的存在到发现它，用了20多年的时间。
2013年11月23日，科学家首次捕捉高能中微子，被称为宇宙"隐身人"。他们利用埋在南极冰下的粒子探测器，首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子。[1]
中文名 中微子 外文名 neutrino 别    名 微中子 类    型 轻子 自    旋 1/2 符    号 v

目录
1 发现历程
▪ 来源
▪ 研究结果
2 性质
▪ 探测
▪ 速度
▪ 观测
3 物理性质
4 谜团
5 研究范围
6 研究过程
▪ 中微子
▪ 相关研究
▪ 研究方向
▪ 应用
7 中微子天文学
8 超高能中微子
9 观测
▪ 欧盟的望远镜
▪ 北京的望远镜
10 主要理论
▪ 更新后的检验
▪ 物理学家解释
▪ 质疑者的声音
▪ 中微子速度

发现历程
来源
中微子的发现来自19世纪末20世纪初对放射性的研究。研究者发现，在量子世界中，能量的吸
收和发射是不连续的。不仅原子的光谱是不连续的，而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的。这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的，是符合量子世界的规律的。奇怪的是，物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的，而且电子只带走了总能量的一部分，还有一部分能量失踪了。物理学上著名的哥本哈根学派领袖尼尔斯·玻尔据此认为，β衰变过程中能量守恒定律失效。
1930年，奥地利物理学家泡利提出了一个假说，认为在β衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去，带走了另一部分能量，因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到。未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值，能量守恒仍然成立，只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已。1931年春，国际核物理会议
在罗马召开，与会者中有海森堡、泡利、居里夫人等，泡利在会上提出了这一理论。当时泡利将这种粒子命名为“中子”，最初他以为这种粒子原来就存在于原子核中，1931年，泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出，这种粒子不是原来就存在于原子核中，而是衰变产生的。泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子。1932年真正的中子被发现后，意大利物理学家费米将泡利的“中子”正名为“中微子”。
1933年，意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论，指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用—弱相互作用。β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子。他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律，β能谱连续之谜终于解开了。
美国物理学家柯万（Cowan）和莱因斯（Reines）等第一次通过实验直接探测到了中微子[2]  。他们的实验实际上探测的是核反应堆β衰变发射的电子和反中微子，该电子反中微子与氢原子核（即质子）发生反β衰变，在探测器里形成有特定强度和时间关联的快、慢信号，从而实现对中微子的观测。他们的发现于1995年获得诺贝尔物理学奖[3]  。
1956年，美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子，莱因斯获1995年诺贝尔奖。
1962年，美国莱德曼，舒瓦茨，斯坦伯格发现第二种中微子——μ中微子，获1988年诺贝尔奖。
1968年，美国戴维斯发现太阳中微子失踪，获2002年诺贝尔奖。
1985年，日本神岗实验和美国IMB实验发现大气中微子反常现象。
1987年，日本神岗实验和美国IMB实验观测到超新星中微子。日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖。
1989年，欧洲核子研究中心证明存在且只存在三种中微子。
1995年，美国LSND实验发现可能存在第四种中微子——惰性中微子。
1998年，日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象。日本梶田隆章获2015年诺贝尔奖。
2000年，美国费米实验室发现第三种中微子，τ中微子。
2001年，加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。最早提出建设思路的是华裔物理学家陈华生博士Herbert H. Chen（美国普林斯顿大学理论物理博士学位，加州大学欧文分校物理学家）[4]  。加拿大阿瑟·麦克唐纳获2015年诺贝尔奖。
2002年，日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡。
2003年，日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡。
2006年，美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡。
2007年，美国费米实验室MiniBooNE实验否定了LSND实验的结果。
研究结果
粒子物理的研究结果表明，构成物质世界的最基本的粒子有12种，包括了6种夸克（上、下、奇、粲、底、
顶，每种夸克有三种色，还有以上所述夸克的反夸克），3种带电轻子（电子、μ子和τ子）和3种中微子（电子中微子，μ中微子和τ中微子）而每一种中微子都有与其相对应的反物质。中微子是1930年奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中能量似乎不守恒而提出的，1933年正式命名为中微子，1956年才被观测到。
中微子[5]  是一种基本粒子，不带电，质量极小，与其他物质的相互作用十分微弱，在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。
性质
粒子间的各种弱相互作用都会产生中微子，而弱相互作用速度缓慢正是造就了恒星体内“质子-质子”反应的主要障碍，这也解释了为什么中微子能轻易的穿过普通物质而不发生反应。
太阳体内有弱相互作用参与的核反应每秒会产生10的38次方个中微子，畅通无阻的从太阳流向太空。每秒钟会有1000万亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体，甚至在夜晚，太阳位于地球另一边时也一样。
探测
由于中微子与其他物质的相互作用极小，中微子的探测器必须够大，以求能观测到足够数量的中微子。为了隔绝宇宙射线及其他可能的背景干扰，中微子的探测仪器时常设立在地底下。
2013年11月21日由美国国家科学基金会提供的照片显示的是位于南极站的“冰立方天文台”，这是世界上最大的中微子探测器。
多国研究人员21日在美国《科学》杂志上说，他们利用埋在南极冰下的粒子探测器，首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子。科学家评论说，中微子天文学从此进入新时代。中微子是一种神秘的基本粒子，不带电，质量极小，几乎不与其他物质作用，在自然界广泛存在。它能自由地穿过人体、墙壁、山脉乃至整个行星，难以捕捉和探测，因而被称为宇宙中的“隐身人”。[6]
观测
中微子只参与非常微弱的弱相互作用和引力相互作用，具有最强的穿透力
，能穿越地球直径那么厚的物质。在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难。正因为如此，在所有的基本粒子，人们对中微子了解最晚，也最少。实际上，大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（β衰变）、超新星爆发、宇宙射线等等。宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留，大约为每立方厘米100个。1998年，日本超级神冈（Super-Kamiokande）实验以确凿的证据发现了中微子振荡现象，即一种中微子能够转换为另一种中微子。这间接证明了中微子具有微小的质量。此后，这一结果得到了许多实验的证实。中微子震荡尚未完全研究清楚，它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用，而且与宇宙的起源与演化有关，例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。

详细：

https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%AD%E5%BE%AE%E5%AD%90



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邓文龙

所谓中微子有3种两两间振荡的实质及实验判断

2015-10-14 00:25

中微子就是唯一的一种

               中国科学院  力学研究所  研究员  吴中祥

研究领域： 数理科学->基础物理学

                        提        要

   具体分析，中微子就是唯一的一种，由于它分别与电子、缪轻子、陶轻子，相互作用，而交替同时出现，而被误解为中微子有3种两两间振荡。可实验判断。

详细：

http://blog.sciencenet.cn/home.p ... =blog&id=927955



吴中祥 科学网博客 博文  

2017-7-21 22:34

所谓发现“天使粒子”是根本错误的：

http://blog.sciencenet.cn/blog-226-1067527.html



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