中微子:探索基本粒子的奥秘

作者: 大大

来源: 原创

发布日期: 2017-08-10

本文讨论了中微子的研究及其在粒子物理学中的重要性,特别是在标准模型之外的发现,如中微子振荡和CP破坏。文章还提到了最新的实验进展,如美国深地中微子实验室的动工和T2K实验的新发现,这些都为理解中微子和宇宙的物质-反物质不对称性提供了新的视角。

为了描述构成万物的基本粒子以及它们之间的相互作用,物理学家在上个世纪构建起了粒子物理学的标准模型。自2012年科学家发现希格斯粒子之后,标准模型预言的所有粒子都已经被找到。然而,希格斯粒子的发现并不意味着粒子物理学家可以高枕无忧,相反,它预示着一个新时代的来临。我们都知道标准模型并不是终极理论,有许多问题是它无法回答的,比如暗物质、物质-反物质不对称性和强CP问题等。

为了寻找新的突破,物理学家寄厚望于研究希格斯粒子的性质以及寻找新的粒子,但就目前而言,零结果的阴影笼罩着粒子物理学界。为此,中国、欧洲、日本都竞相提出建造更大型的粒子对撞机,希望能够“撞”出新物理。

然而,有另外一群科学家则把焦点放在了中微子身上。作为基本粒子之一,中微子从它被预言的那一刻起,就散发着无穷魅力。根据标准模型的预言,中微子是没有质量的,而在实验中发现的中微子振荡却表明中微子具有非常小的质量。这是目前发现的唯一有实验证据表明超越标准模型的现象。物理学家在研究中微子的道路上,已经获得了好几个诺贝尔奖。今年初,大亚湾中微子实验室也摘得了2016年度国家自然科学奖。

最近,中微子的相关研究再度走入了我们的视线。7月21日,美国的深地中微子实验室正式动工,标志着美国即将开启中微子物理学的新时代。而在上周,两个中微子实验室也有了新的进展。由于中微子的质量非常低,以及它们倾向于不与物质发生作用,因此想要简单的探测到一个中微子撞上另一个粒子的想法似乎很荒谬。而这正是美国橡树岭国家实验室的科学家在8月3日发表在《科学》杂志中所发现的。

当一个中微子撞上原子时,将自己微末动量中的部分动量传递给了原子核,科学家利用光电探测器记录到了这一事件发出的短暂的闪光。

此次的发现不仅验证了43年前的理论预言,也使小型可携带的中微子探测器成为可能。这为探测中微子打开了新的实验机遇。麻省理工的物理学家Daniel Freedman在1974年预言了中微子会与原子核散射,如今终于得到验证,他表示:“这太令人兴奋了”。

在另一项实验中,科学家发现中微子的行为或许和它对应的反物质的行为不一。这个结果放大了科学家之前的猜疑:中微子或许是解开为什么我们的宇宙中的物质要远远多于反物质的关键。回到138亿年前,宇宙诞生之初应该创造出相同数量的物质和反物质。出于某种原因,这种平衡被打破了。很显然,今天的宇宙是由物质主导的。但如果物质和反物质的行为表现的不一致,或许就可以解释这其中的缘由,这个想法被称为CP对称性的破坏。

中微子共有三种,分别是电子中微子、μ中微子、τ中微子。通过观测中微子是如何振荡的,就可以测量CP破坏。日本的T2K实验的研究人员发现μ中微子变为电子中微子要比预想中的更频繁,而μ反中微子成为电子反中微子则更加不频繁。这就意味着中微子破坏了CP对称性。

UUID: 4cb1e616-5b97-4d18-b883-ec28b6e55ee0

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/原理公众号-pdf2txt/2017年/2017-08-10_它们冷落最高雅的气体,无视最坚固的墙.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0047 元