天文学家带你漫步中微子世界(上)

作者: 陈学雷

来源: 赛先生

发布日期: 2015-10-11 15:53:51

本文介绍了中微子的基本性质、探测历史以及中微子振荡的概念和重要性,强调了中微子研究在物理学和宇宙学中的关键作用。

2015年10月6日,诺贝尔奖委员会将诺贝尔物理学奖授予加拿大物理学家阿瑟·麦克唐纳和日本物理学家梶田隆章,以表彰他们发现“中微子振荡”。中微子是一种不带电、只参与弱相互作用的粒子。人类已知的相互作用有四种,就是万有引力、电磁相互作用,强相互作用和弱相互作用。19世纪末,人们发现了放射性:原子核会发生衰变。这其中有一种衰变,叫beta衰变,会发射出beta射线,也就是电子。

但是,人们经过仔细测量后发现一个奇怪的现象,就是同一种核产生的beta衰变电子能量不是一个固定值。为了解释这一现象,泡利猜想也许在beta衰变中除了电子外还产生了另一种没有被观测到的粒子。泡利把这种粒子称为“中子”,后来费米把它改名为中微子。由于中微子不参与强相互作用和电磁相互作用,因此它很难探测。

1942年,我国著名科学家王淦昌先生提出了用beta俘获探测中微子,但直到1956年,Clyde L. Cowan 和 Frederick Reines 才用核反应堆作为中微子源探测到了中微子。中微子振荡是中微子由一种“味道”变成另一种“味道”,比如由电子中微子变成mu子中微子,但这种变化不是永久的,过一段时间后又变回来,所以叫振荡。

中微子振荡是意大利物理学家Bruno Pontecorvo于1957年提出的。中微子研究体现了人类探索大自然奥秘的卓越成就。通过理论分析,泡利、Pontecorvo等人提出了中微子和中微子振荡的概念,Bahcall等人给出了定量化的理论预言,而这样一种飘渺难寻的粒子,经过几十年不懈的努力,人们不仅测到了它,而且最终弄清了它的性质,这是非常了不起的成就。

中微子是一种只参与弱相互作用的粒子,对它的研究,也可以为我们研究大统一理论、质量的起源、对称破缺、超新星、暗物质等提供很多线索。因此,今后这仍将是一个非常重要的研究领域。

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