中微子质量之谜

中微子有无质量,苏、美科学家的实验结果不一致.为什么? 两年多以前,莫斯科的实验小组宣布中微子的质量至少不低于20eV.他们的结论得到爱沙尼亚科学院塔林实验小组的工作结果的支持[1].氚核(由一个质子和两个中子组成)β衰变为氦-3核(由两个质子和一个中子组成),当一个中子变为质子时,将释放出电子和中微子.莫斯科小组测量电子的能谱,从所得电子能量的极大值计算出中微子能量的极小值.从而得出中微子的质量;而塔林小组是用极灵敏的技术测量氚和氦-3质量之差,这一差值乃是中微子和电子在β衰变过程中所带走的总质量-能量.两个小组的实验结果…     

中微子六十年

 中微子质量的测量方法有直接和间接两种.通常的探测器是探测不到的中微子,但可由能动量守恒以及事例终态的重建得出事例的丢失质量,由此得出中微子质量,这种方法称为直接法.从β衰变的电子能谱确定电子中微子质量用的就是此法.μ子族中微子和τ子族中微子质量也是用这种方法得出的.此外,还有采用中微子振荡和双β衰变法,这些是间接法.1)β衰变的能谱测量:β衰变中发射的电子能谱具有形状（如果电子中微子具有质量m_v）.     

质量为17keV的中微子的新证据

1985年,加拿大Guelph大学J.Simpson发现,用注有氚的Si(Li)半导体探测器测量氚 β 衰变能谱,在能谱的低能区有一个扭曲.这可以解释为,每100次β衰变过程中约有一次产生质量为17keV的重中微子.可是,随后有五个以上的实验室用其他核素或其他方法都未能找到这种重中微子.因此,大多数理论家都不相信有这种中微子. 1988年,Simpson和他的学生A.Hime用改进的探测器测了氖与35S的β谱,证实是有1%的中微子是17keV的重中微子. 最近几个月出现了激动人心的新情况.有五个新实验结果发表,其中四个支持Simpson的发现,只有一个实验没有找到重中微子. 这…     

原子核双β衰变和轻子数不守恒

 原子核双β衰变实质上是二个单β衰变同时发生的过程,是一个二级弱相互作用过程.原子核单β衰变的一个典型过程是中子衰变为质子,并放出电子和反中微子,即n→p+e^-+（?）_e。自从1914年查德威克测量β衰变的连续谱以来,β衰变的研究一直是原子核物理和粒子物理的重要研究课题之一.我们知道,李政道和杨振宁提出的宇称不守恒定律,就是吴健雄通过原子核的β衰变研究而得到实验证实的.无独有偶的是原子核双β衰变的研究和自然界的另一重要守恒定律--轻子数守恒律是否破坏密切相关.     

自然界存在3种不同类型中微子的实验证据

 一、证实电子中微子存在的实验中微子是泡利于1930年为了解释核的β衰变中电子的能量是一个连续谱而假设存在的粒子,可是人们一直未能从实验上证明中微子的存在。1941年,王淦昌先生建议用原子核的K电子俘获测原子核的反冲能量来证明中微子的存在。     

卡姆兰德实验发现反应堆中微子消失

 由日、美、中科学家组成的卡姆兰德(KamLAND)实验组在2002年12月6日宣布发现了核反应堆中产生的电子反中微子消失的现象。这意味着反应堆中产生的电子反中微子发生振荡,变成了另一种没有被探测到的中微子。这项重要的实验结果确证了太阳中微子振荡,并确定了中微子振荡的关键参数,是近年来与中微子有关的一系列重大发现之一,对粒子物理、天体物理和宇宙学具有重大意义。1.中微子及其质量中微子是一种非常小的基本粒子,几乎不与任何物质发生作用,很难发现和探测。1930年泡利为了解释原子核β衰变时能量似乎不守恒的问题时,提出是一种不可探测的中性粒子带走了能量。     

中微子振荡和太阳中微子

现在,普遍相信至少有三种(或三“味”)中微子,分别表示为ν_e,ν_μ和ν_τ。也有三种相应的反中微子ν_e,ν_μ和ν_τ。它们之间的区别在于其相互作用不同。ν_e是原子核在β衰变时同正电子一道发射出的粒子,也是预期会由太阳发射出的一种中微子。ν_μ是μ子和π介子衰变时发射出的。ν_τ还从未被直接探测到,但通常认为τ轻子衰变时会发射出ν_τ粒子。 费米在他第一篇关于β衰变理论的论文中提出了中微子质量问题,并指出高能端电子谱对中微子质量是敏感的。近年来,关于中微子质量的实验集中于研究氚的β衰变 3H→3He + e~-+ v_e释放出…     

β衰变对揭示弱作用本质的贡献

 在过去的半个多世纪里,β衰变的研究对理解弱作用的本质起了主要的,甚至可以说是决定性的作用,本文将比较详细地介绍人们通过β衰变认识弱作用本质的过程:从费米提出β衰变理论,确定普适(V-A)费米相互作用,一直到弱作用和电磁作用的统一。 一、β衰变的费米理论及其实验验证 理论的提出 费米在参加索尔维会议以后,根据泡利的中微子假说提出了他的β衰变理论。他认为,与原子发光类似,β衰变也是一种跃迁过程。     

β衰变对物理学基本规律的两次冲击

 β衰变是一种放射性衰变过程,在此过程中原子核放出一个正（或负）电子,或者吸收一个在轨道上的电子而衰变成另一种原子核。β衰变的研究对原子核物理和粒子物理的发展作出了巨大的贡献。特别应该指出的是,它曾经两次冲击物理学的基本规律:一次是在查德威克发现β射线能量的连续分布以后,尼尔斯·玻尔怀疑在β衰变中能量是否仍然守恒,后来泡利提出中微子假说成功地解释了β连续谱,“挽救”了能量守恒定律;另一次是在1956年,为了解释“θ-t”之谜,李政道和杨振宁提出了在弱作用中宇称不守恒的假说,后来吴健雄等人通过极化⁶⁰Coβ衰变实验证实了李、杨的预言。     

关于中微子质量的新观念

1.引言 1930年,泡利(Pauli)为了解释衰变过程中的“能量失踪”现象,最先假设存在着一种中性粒子──中微子(neutrino).衰变是原子核领域中的一个普遍现象.按照泡利的假设,实际上氚核的衰变过程是: H3—→He3 e- v。其中v.是一个反中微子.以这个假设为基础,就容易解释产衰变中电子的连续能谱──居里标绘图.当 H3 衰变为 He3时,释放出的能量在电子和反中微子二者之间分配.有时电子几乎不具有动能,而反中微子差不多集中了可得到的全部能量,有时反中微子能量很小,而电子的能量却十分接近居里标绘图中可能最大的能值. 几年之后,费米(Fermi)系…     

中微子静止质量研究的新进展

1985年4月加拿大,Guelph大学的J.J.Simpson宣称在β衰变中观测到重中微子的发射[1].这一实验结果在国际物理学家中引起了不小的反响. Simpson多年来一直采用把氚束注入半导体硅探测器的手段测量氚的β衰变谱.实验时他采用200mm2面积的硅(锂)X射线探测器,在FN串列静电加速器上用 10.5—15MeV的氚束注入.估计注入深度为 0.25-0.45mm.注氚后,探测器的β计数为 300/s。硅探测器对6keV X射线分辨为220eV.实验跟踪测量给出氚β衰变半衰期为12.35±0.03年.谱的道宽为9eV,道计数均在106以上,其统计性是好的.实验中采取了有效的稳谱措施,以保证…     

双中微子双β衰变已观察到;无中微子衰变正在寻找

许多有偶数质子和中子的原子核可能经历双β衰变,发射出两个电子和两个中微子.但这一过程的半衰变太长,过去只能靠地质材料中测衰变的次生核的丰度定出.现在加州大学的Elliott等人已在其实验室中观察到了硒82的双β衰变,并定出半衰期为1.1-03+08×1020年.这一数值比以前实验室中能测出的最长时间还大几个量级.这一测量还为无中微子双β衰变的观测创造了可能性.这种无中微子衰变事例有可能定出中微子质量. 他们的实验装置是时间投影室或“增强漂移室”.把14克97%浓缩的硒82样品放在两层聚脂薄膜片之间,再放到漂移室的中心平面处.室内充以氦…     

中微子物理若干前沿问题

 在过去的几年间,大量的实验结果已经表明中微子有非零质量以及轻子味混合。这一进展为我们打开了一个全新的值得探索的基本粒子世界。关于中微子我们已经知道了多少,我们想要发现什么?本文将从理论与唯象的观点进行阐述。目前中微子物理的前沿问题主要包括:中微子真的发生味转化吗?有几代中微子?存在惰性中微子吗?中微子的质量是多少?中微子是马约拉纳粒子还是狄拉克粒子?轻子味混合矩阵的混合角有多大?轻子味混合矩阵包含CP破坏位相吗?如果包含,那么在中微子振荡和无中微子双β衰变中,这些位相会导致可探测的CP破坏效应吗?     

中微子的质量

本文讨论了μ中微子的静质量在各种过程中的效应,特别分析了两个此效应表现得明显的过程,μ介子与电子的湮没和π辐射衰变。指出给μ中微子以一个不太小的静质量,例如5m_e能和目前已有的一切实验不矛盾,并指出进一步确定μ中微子的质量的可能的实验。     

中微子六十年

 三、存在几种类型的中微子?前面我们介绍的中微子都是在电子的放射（β^±衰变）和吸收（K-俘获）过程中产生的,这类中微子称为电子中微子,用ν_?（电子中微子）和（?）（电子反中微子）表示.除电子中微子外,后来还发现了μ子中微子和τ子中微子.50年代,人们逐步认识到,安德逊在1936年发现的粒子-μ子与电子有许多共同点:1)电子和其反粒子正电子的电荷分别为-1和+1,没有中性电子;μ^-子和其反粒子μ⁺的电荷也分别为-1和+1,没有中性的μ子;2)电子和正电子具有自旋1/2,μ^-和μ⁺的自旋也是1/2;3)正、负电子.     

Z0的辐射衰变和重轻子

用SU(2)⊙U(1)规范理论, 假定轻子为两个左手二重态两个右手二重态, 两个中性左手单态. 自发破缺的结果除电子和电子中微子外, 还出现新的中微子以及一个带电的和两个中性重轻子. 假定带电重轻子质量介于Z⁰和W之间, 至少有一个中性重轻子比较重, 由Z⁰的辐射衰变实验可以得到解释.     

最小seesaw模型对氚β衰变和无中微子双β衰变的限制

在最小seesaw模型下计算了氚β衰变的有效质量〈m〉_e以及无中微子双β衰变的有效质量〈m〉_ee. 利用最新的中微子振荡数据, 在正质量等级情况下得到了0.00424eV≤〈m〉_e≤0.0116eV和0.00031eV≤〈m〉_ee0.0052eV; 如果中微子的质量谱是倒质量等级情况, 能够得到0.0398eV≤〈m〉_e≤0.0571eV和0.0090eV≤〈m〉_ee≤0.0571eV.最后还讨论了最小的中微子混合角和Majorana CP破坏位相对〈m〉_ee的影响.     

科学实验中的“双盲”准则

 为什么在心理现象一类科学实验中必须坚持“双盲”的准则?在李政道教授所著的《粒子物理和场论导引》一书中,有一个很好的例证。1947年,鲍威尔从实验上明确区分出π介子和μ子,人们便开始了μ子衰变为电子加中微子μ^?→e^?+两个中微子及反中微子的电子能量谱形的研究。     

中微子振荡实验—超出标准模型的实验检验（Ⅱ）

4　大气 μ中微子丢失和中微子振荡大气中的高能中微子是由于原初宇宙线中的高能质子在大气上部与大气中的原子核相互作用而产生Ｋ介子和π介子 ,Ｋ介子和π介子随后衰变 :Ｋ →μ νμ,　Ｋ- →μ- νμ;π →μ νμ,　π- →μ- νμ.μ子接着衰变 :μ → νμ ｅ νｅ,　μ- →νμ ｅ- νｅ,因此 ,大气中高能中微子的成分中 ,μ中微子的数量应该是电子中微子数量的两倍 .80年代初 ,探测大气中的高能中微子的装置有 :日本的Ｋａｍｉｏｋａｎｄｅ装置 ,美国的ＩＭＢ装置以及Ｓｏｕｄａｎ装置 .由于 μ子的质量约为电子质量的…     

吴健雄教授科学实验的启发

吴健雄教授是一位杰出的实验物理学家,做过许多精彩的物理实验。这里简单介绍她做过的六个物理实验,并且谈谈这些实验的启发。1第一个实验———β衰变电子能谱形状的实验[1]20世纪30年代,吴健雄开始了她的实验研究。早在30年代末到40年代中期,她就在实验上研究过伴随电子俘获的内韧致辐射,以及铀裂变中的放射性氙。1946年起她着手研究原子核β衰变,进行了一系列的实验。在原子核β衰变中,原子核内一个中子转变为一个质子,同时放射一个电子和一个反中微子。此外还有放射正电子的β衰变。Fermi的β衰变理论给出了β衰变电子能谱的形状。实验…