央视网|中国网络电视台|网站地图
客服设为首页
登录

待解之谜:神奇的中微子(图)

发布时间:2012年03月20日 13:28 | 进入复兴论坛 | 来源:新华网 | 手机看视频


更多 精彩视频排行

网友评分最高


首播

重播

中微子研究新进展

  大亚湾发现一种中微子的新振荡,并首次精确测量其值。这确凿无疑地表明了在电子中微子和τ子中微子之间存在振荡现象,这对于理解物质和反物质之间的不对称性,也就是解开“反物质消失之谜”,具有深远的意义。

  OPERA合作组计划在今年五月重新进行中微子速度的测量实验。考虑到中微子的质量,在经典的狭义相对论理论框架下,中微子的运动速度必须小于但非常接近光速。去年9月,意大利的OPERA合作组报告了他们观察到中微子超光速的现象,引起了全世界粒子物理学家和公众的广泛关注。尽管前不久的消息表明,该结果极有可能是由于该实验中一个连接探测器和电脑的光纤插头松动所产生的错误,但人们依然期待着该实验在排除已知的错误的情况下重新进行的结果。

  中微子是构成物质世界的最基本粒子之一,在这小小的微粒上,关联着宇宙演化的诸多奥秘。中微子的相关研究或将揭示我们所处的物质世界的起源和未来。

  A 从中微子的发现历史讲起

  能量和动量守恒是物理学中的一个基本定律,早在二十世纪初就为广大的物理学家所接受,并应用到各个物理学研究课题中。

  上世纪20年代,人们在研究β衰变,即原子核自发放出电子的过程时,却发现该过程中的能量不守恒。这是为什么?1930年,著名的奥地利物理学家泡利(W. Pauli)提出,Beta衰变过程中会产生一种电中性的粒子,这种粒子不参与通常的电磁相互作用,很难被探测到,因此会出现能量丢失的情况。泡利把这种粒子叫做“中子”。1933年,为了把这种粒子和查德威克(J. Chadwick)所发现的更重的中子做出区分,意大利物理学家费米(E.Fermi)将其命名为中微子(neutrino)。

  自那之后的二十年多年中,中微子一直是一个理论上的概念,没有直接的实验上的证据——因为它实在太难以探测了!中国物理学家王淦昌在1942年首次提出了利用β捕获实验来探测中微子,该过程中一个反中微子和一个质子发生反应,产生一个中子和一个正电子,但是当时正值第二次世界大战,处于战火中的各国政府没有精力去关注这么一个没有战略价值的科学实验。

  直到1956年,美国科学家科温(C.Cowan)和莱因斯(F.Reines)在南卡罗来纳州的一个地下实验室中,使用了200升水和溶于其中的40千克氯化镉作为探测物质,终于成功地证实了来自一个反应堆的反中微子的存在。科温和莱因斯因此获得了1995年的诺贝尔物理奖。

  二十世纪六十到七十年代是粒子物理学发展的黄金时代,其最重要的成果之一是粒子物理标准模型的提出,这是一个关于微观物质的性质及其相互作用的非常成功的理论,它对中微子作出了非常精确的描述和预言。在标准模型中,中微子是最基本的粒子之一,其自旋为1/2,属于费米子。中微子共有三种类型,或者说有三种“味道”,分别是电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。μ子中微子于1962年被发现,发现者莱德曼(L. M. Lederman)、斯瓦茨(M. Schwartz)和斯泰因贝格尔(J. Steinberger)因此获得了1988年的诺贝尔物理奖。τ子中微子则是到2000年才由美国费米实验室的DONUT合作组直接观测到的。