中微子物理趣话——封面、封二、封三图片说明
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图1 江门中微子实验2万吨探测器示意图
2 南极洲冰立方实验,PINGU位于图中DeepCore处(来自arXiv:1401.2046)
图3 假如中微子真实质量顺序为反序,各实验对质量顺序的灵敏度。
其中NOvA 的上下限相应于不同CP破坏相角,INO和PINGU对应不同q23,JUNO对应不同能量精度。
PINGU对正质量顺序的灵敏度更好(来自M. Blennow, JHEP 1403 (2014) 028
一个。
它与宇宙中正反物质的不对称可能相关。
测量CP破坏最直接的方法是比较正、反中微子振荡的实验都可以测量q
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并确定它对
的偏离。
加速器中微子LBNE
通过m中微子消失几率的测量,对
钻石瑕疵证明地球深处存在水
微米的晶体,称为包裹体,光谱分析是尖晶橄榄石。
发表在《自然》(Nature)网站上的进一步分析,揭示了这块尖晶橄方可能不是典型的下地幔,如果是下地幔的话,该处会存在大量水。
这非常重要,因为地幔在温度变化时会排出高压蒸汽,导致火山喷发。
中微子振荡的三味混合中微子是一类质量极小的基本粒子,它们与其他物质相互作用非常弱。
由于这种特殊性质,中微子的性质研究一直备受科学家的关注。
中微子振荡是指不同类型的中微子之间的转化现象,其中最著名的是三味混合。
本文将就中微子振荡的三味混合现象进行介绍和讨论。
一、中微子的基本概念中微子是一种没有电荷、质量极小的基本粒子,属于轻子家族。
它们通过弱相互作用参与物理过程,并且与电子、中子以及带电的W玻色子等粒子之间有相互转化的可能。
中微子主要分为三种不同的类型,即电子中微子(νe)、缪子中微子(νμ)和τ子中微子(ντ),分别与电子、缪子和τ子相对应。
二、中微子振荡的发现上世纪50年代,科学家发现中微子在传播过程中会发生转化现象。
具体来说,电子中微子在传播过程中有一定概率会转化为缪子中微子或者τ子中微子。
而缪子中微子与τ子中微子之间也存在类似的转化关系。
这种转化现象被称为中微子振荡。
三、三味混合的原理中微子振荡的三味混合是指电子中微子、缪子中微子和τ子中微子之间的相互转化。
这种转化现象表明中微子并非是固定的种类,而是由三种不同的“味道”组成。
中微子振荡的三味混合现象可以用分波形式来描述:|νe> = θ13|ν1> + θ12|ν2> + θ23|ν3>|νμ> = -θ23|ν2> + θ12|ν3>|ντ> = θ13|ν3> - θ12|ν1>其中,θ12、θ13和θ23是描述中微子转化概率的参数。
这些参数的测量对于研究中微子的性质和本质具有重要意义。
四、实验证据科学家通过多个实验手段来验证中微子振荡的三味混合现象。
其中,一个重要的实验证据是基于中微子能谱的观测。
在观测到中微子源产生的中微子束之后,科学家通过测量接收到的中微子能谱,可以发现电子中微子的缺失现象。
这可以被解释为电子中微子发生了与其他类型中微子的转化。
此外,多个中微子实验也进一步支持了中微子振荡的三味混合现象。
中微子的秘密作者:陈晓军来源:《百科知识》2015年第22期今年诺贝尔物理学奖授予日本的梶田隆章与加拿大的阿瑟·麦克唐纳,以表彰他们发现中微子振荡现象,该发现表明中微子拥有质量。
中微子是轻子的一种,它在宇宙中无处不在,几乎零质量,很少与其他任何物质互动,因而很难研究它们。
梶田隆章和麦克唐纳使用日本、加拿大两国的大型仪器对中微子做出了重要的测量,他们的研究证明中微子存在质量。
这个发现对粒子物理学影响深远,甚至在我们对宇宙的理解上都有突破性的意义。
中微子的预言我们生活在一个中微子的世界里。
每一秒都有数以万亿计的中微子通过你的身体。
但你看不到它们,也感受不到它们的存在。
中微子几乎以光速在宇宙中传播,几乎不与物质发生相互作用。
那么它们究竟来自何方?其中一些中微子是在宇宙大爆炸中产生的,其他则产生于空间或地球上的各种不同过程之中——从恒星衰亡时的超新星爆发,到核电站内的反应堆,以及自然发生的放射性衰变过程,等等。
甚至在我们的身体内部,平均每秒也有超过5000个中微子在钾的同位素衰变过程中被产生出来。
在抵达地球的中微子中,大部分都源自太阳内部的核反应过程。
在整个宇宙中,中微子的数量仅次于光子,是宇宙中数量最多的粒子之一。
然而,长期以来科学家们甚至都无法确认中微子是否真的存在。
事实上,当中微子的概念最早由物理学家沃尔夫冈·泡利提出来时(泡利是1945年诺贝尔奖获得者),他的主要目的是想为由于β衰变过程中表现出来的能量不守恒现象而感到绝望的物理学家们找到一个解释。
β衰变是原子核衰变的一种形式。
1930年12月,泡利以“亲爱的(从事)放射性(研究的)女士们和先生们”开头,致信给他的物理学同行。
在这封信中,泡利提出,β衰变过程中的一部分能量可能是被一种具有电中性、弱相互作用且质量极小的粒子带走了。
但甚至是泡利本人也几乎不相信这样一种粒子是真实存在的。
据说他曾经说过这样的话:“我做了一件糟糕的事情,我提出了一种不可能被探测到的粒子。
中微子:宇宙幽灵作者:刘声远来源:《大自然探索》2015年第08期为什么在稳定地照亮黑暗宇宙数百万年后,一颗超巨大的恒星——超巨星会突然在一阵超明亮(亮度超过1000亿颗恒星发光的总和)中爆发?深空中有什么奇异天体,在以宇宙中已知最高的能量发射粒子?最令人困惑的问题或许是为什么宇宙会包含物质?这些奥秘已经困扰了天体物理学家和粒子物理学家数十年时间。
破解这三大谜题的关键,其本身就是物理学中的最大谜题之一:中微子。
宇宙中充斥着令人匪夷所思、几乎没有质量的亚原子微粒——中微子。
中微子在宇宙大爆炸之后立即以极大数量源源不断地产生,具体而言,是在恒星上以及其他地方由放射性衰变及其他多种反应产生的。
数万亿个(也可以说是数不清的)幽灵般的中微子穿越恒星和行星,其中也包括我们的地球。
中微子不带电荷,不受质子或电子吸引,因此也不与电磁场交互作用。
在极小的尺度上,有一种强大的力量——强作用力——把原子核内部的质子和中子结合在一起。
但强作用力奈何不了中微子。
中微子比超级模特还高傲,它们很少与同类或宇宙中的其他任何东西互动。
有点矛盾的是,正是中微子的这种“崇尚自由”的特质,让它们无论是在宇宙运转还是在揭示宇宙的一些最大奥秘方面,都充当了重要角色。
中微子物理学正进入黄金时代。
作为一项实验的一部分,中微子最近为洞察深空中的高能量源(例如以数万亿千米长的束流喷射粒子的黑洞)打开了一扇窗户(请参见:《“冰棒望远镜”》)。
另一项在很深的地下隧道中进行的天文学实验,将使用中微子来探索远古超新星的平均温度和能量水平,以及更好地了解它们的典型行为。
物理学家正在运用计算机模型,步步逼近中微子在激发一种超新星(它们负责扩散氧和氮等元素)方面的关键作用(请参见:《观测恒星》)。
除了扩展中微子在天文学和天体物理学中的作用之外,物理学家也在试图弄清中微子的一些基本特性。
例如,有些研究者希望查明中微子可能具有的3种不同的质量(请参见:《中微子之谜》)。
神秘的中微子作者:牟剑华来源:《科学24小时》2013年第01期“现代物理学所有理论的基石”——爱因斯坦于1905年提出的狭义相对论,正在受到一个“小小的中性粒子”的冲击。
这个小家伙就是今天这篇文章的主角——神秘的中微子。
狭义相对论认为,没有任何物质的速度能超过光速。
然而假设中微子超光速现象客观存在,那么其意义会非常重大,整个物理学理论体系将因之重建,人类对宇宙如何运转的理解也将改变。
中微子没有电荷,呈电中性,有极强的穿透力,质量非常小,与其他物质只存在弱相互作用,至今我们还不能完全掌握和认识它的特性。
中微子是在闲谈中提出的1930年,奥地利著名物理学家沃尔夫冈·泡利在研究原子核放射β粒子的时候发现原子核蜕变前的能量比蜕变之后要大,这个现象与神圣的能量守恒定律相悖。
泡利随即提出了相关假说,他认为有一种无法探测到的新的中性粒子带走了那一部分消失的能量。
正是这种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去才导致实验中能量守恒定律的失效。
1931年,意大利著名物理学家恩里克·费米在参加罗马会议期间和泡利就这种无法探测的中性粒子进行了讨论。
“中微子”这个术语是费米在一次闲谈中提出的,最初只是为了与尚未在实验中探测到的“中子”加以区别。
1932年,当真正的中子被发现后,费米将泡利预测的无法探寻到的中性粒子正式命名为“中微子”。
1933年,费米在意大利完成了一篇关于β衰变的基础性论文。
费米的这篇论文将泡利的假说从定性转变为一个定量的、有超凡预见价值的完备理论,并在理论上肯定了中微子的存在。
中微子的发现充满“戏剧性”中微子由于具有奇异的特性,致使它在物理学上的探索和发展甚是缓慢。
在探索中微子的道路上,一位中国物理学家的身影如灯塔一般指引着大家的研究方向,他就是被誉为“中国核武器之父”、“中国原子弹之父”的王淦昌院士。
他对中微子早期的研究工作有很大的启示和推动作用。
1930年,就在泡利刚刚提出关于中微子是否存在的假说的时候,王淦昌也正在关注这个问题。
奇异粒子揭秘中微子的神秘面纱中微子被誉为“幽灵粒子”,因为它们几乎不与物质发生相互作用,导致其被发现和研究变得极其困难。
尽管已经有大量关于中微子的理论研究,但科学家们一直在寻找更直接的证据,以揭开这种奇异粒子的秘密。
本文将探讨中微子的基本特性,它们在天文学和宇宙学中的重要性,以及最新的研究进展如何揭示它们的神秘面纱。
中微子的基本特征中微子是亚原子粒子,与电子、质子和中子一样属于基本粒子。
其质量极小,最早在20世纪30年代由物理学家沃尔夫冈·泡利提出,作为β衰变过程中所需的能量守恒和动量守恒的一个解释。
中微子不带电荷,仅通过弱相互作用与其他粒子发生相互作用,这使得它们难以探测。
根据标准模型,中微子有三种类型(或味道):电子中微子(νₑ)、缪中微子(νₘ)和陶中微子(νₘ)。
每种粒子都有其对应的“伴侣”粒子,例如电子、缪子和陶子。
这些中微子的转化以及它们的质量层次结构与宇宙中的许多现象有关。
中微子的质量首次被发现是在1998年,通过日本超级神冈探测器对太阳中微子的观察,证实了中微子的振荡现象,这意味着它们可以在不同类型之间转换。
中微子与宇宙学中微子的研究不仅停留在基础物理的层面,它们对宇宙学的理解也起到了关键作用。
早期宇宙的演化阶段,中微子是重要的组成部分之一。
它们在宇宙大爆炸后不久形成并一直存在至今,占据了宇宙物质中的一部分。
同时,中微子的性质对于解释暗物质的本质也提供了线索。
暗物质是宇宙中另一种神秘成分,其存在通过引力效应表现出来,并且目前尚未有直接观测到的证据。
一些理论建议,少量重中微子可能与暗物质有关。
通过精确测量中微子的性质,科学家们希望揭开这一谜团,并进而了解宇宙的组成。
奇异粒子的发现与研究近年来,在中微子研究领域出现了一系列突破。
其中,奇异粒子的概念引起了极大的关注。
这些粒子通常具有非平凡的内部结构,在某种条件下会显现出不同于常规粒子的性质。
科学家们提出,这些奇异粒子的存在可能导致中微子的质量变化,甚至影响它们的振荡行为。
有趣的物理照片,让你瞬间爱上物理!
伟大的科学家爱因斯坦说过:“兴趣是最好的老师。
”这就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣,就会主动去求知、去探索、去实践,并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验,所以古今中外的教育家无不重视兴趣在智力开发中的作用。
让你爱上科学的神奇物理现象图!
烧不坏的毛巾
物理学好让人敬畏…不明觉厉啊!
重心
求超越的吗?
依旧是一个好玩的实验
永...永动鸡?有种别划桨呀
头朝下的飞机中,依旧可以正常倒水
光的折射
肥皂泡爆炸的神奇瞬间
利用重心
厉害的设计
高手在民间啊
相对运动
反冲,真会玩
这是因为啥呀?
这张高速摄影图可以说明
水在失重时是球体
好美的离子球,
手那里是怎么回事啊?
龙卷风遇上彩虹
被闪电击中的树
极光,美翻了
物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。
物理
学是其他各自然科学学科的研究基础。
研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言,以实验作为检验理论正确性的唯一标准,它是当今最精密的一门自然科学学科。