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名噪一时的OPERA“超光速”中微子让中微子在公众媒体中大出了一次风头。然而OPERA的试验目标本并不是中微子速度,而是中微子震荡。
1 中微子
在介绍中微子震荡之前,我想先介绍一下中微子。中微子的穿透力很强,因为它平时不愿意跟物质反应。目前我们所说的中微子有“三种”。电子中微子v_e, muon 中微子 v_mu 和tau 中微子 v_tau。这三种中微子根物质反应的时候会产生不同的结果。比如,
v_e+n->e+p (1)
v_mu+n->mu+p (2)
v_tau+n->tau+p (3)
以上所述的三种反应也被用来鉴别中微子的种类。更严格的说法叫做三种不容的“味”(flavour). 打一个比较形象的比方,我们可以把v_e, v_mu, v_tau 看作草莓,蓝莓和黑莓。每种果实的味道都不一样,尽管他们在大小上可能比较相近。而中微子震荡,其实就是讲述了一种草莓能变成蓝莓或者黑莓的理论。而中微子震荡理论的本身,已经有了相当一段历史。
2 太阳中微子问题
最早提出中微子震荡的契机是基於所谓的太阳中微子问题。因为太阳内的核聚变会产生中微子,因而关於太阳的理论模型是可以通过所产生的中微子来证实。但是在地球所探测到的中微子只有理论预期值的1/3左右。Bruno Pontecorvo 提出了一个解决方案:那就是所谓的中微子震荡。
3 中微子震荡
“震荡”在量子力学中是一种相当常见的现象。当然,我在此不多做理论上的诠释。(希望更深入了解的读者可以参见文末的附录。)所谓的震荡并不是所有的中微子在不停地颤动,所以跟我们直觉上的观念不是很一样。总之,Bruno的想法大概是这样的:从太阳产生的v_e在从太阳到地球的过程中变化成了其它的中微子(v_mu 和 v_tau)。这大致相当於小明在市场买了一箱草莓,在商贩出当场打开箱子确认裏面的确是满满的一项草莓。但是当小明把这箱水果带回家准备分给小红的时候却发现箱子中有些草莓平白无故地变成了黑莓和蓝莓。
震荡理论当然取得了很大的成功。先后有诸多实验所确认,因而被广泛接受。
4 震荡实验
目前的中微子实验在粒子物理中可以算是相当受欢迎。现在正在进行的震荡实验也不少。比如在欧洲的OPERA,美国的MINOS,法国的Double Choo,日本的T2K和中国的大亚湾等等。有兴趣的朋友可以上网找一下,每个实验的资料都比较全。我在这里就不多做介绍了。
名噪一时的OPERA“超光速”中微子让中微子在公众媒体中大出了一次风头。然而OPERA的试验目标本并不是中微子速度,而是中微子震荡。
1 中微子
在介绍中微子震荡之前,我想先介绍一下中微子。中微子的穿透力很强,因为它平时不愿意跟物质反应。目前我们所说的中微子有“三种”。电子中微子v_e, muon 中微子 v_mu 和tau 中微子 v_tau。这三种中微子根物质反应的时候会产生不同的结果。比如,
v_e+n->e+p (1)
v_mu+n->mu+p (2)
v_tau+n->tau+p (3)
以上所述的三种反应也被用来鉴别中微子的种类。更严格的说法叫做三种不容的“味”(flavour). 打一个比较形象的比方,我们可以把v_e, v_mu, v_tau 看作草莓,蓝莓和黑莓。每种果实的味道都不一样,尽管他们在大小上可能比较相近。而中微子震荡,其实就是讲述了一种草莓能变成蓝莓或者黑莓的理论。而中微子震荡理论的本身,已经有了相当一段历史。
2 太阳中微子问题
最早提出中微子震荡的契机是基於所谓的太阳中微子问题。因为太阳内的核聚变会产生中微子,因而关於太阳的理论模型是可以通过所产生的中微子来证实。但是在地球所探测到的中微子只有理论预期值的1/3左右。Bruno Pontecorvo 提出了一个解决方案:那就是所谓的中微子震荡。
3 中微子震荡
“震荡”在量子力学中是一种相当常见的现象。当然,我在此不多做理论上的诠释。(希望更深入了解的读者可以参见文末的附录。)所谓的震荡并不是所有的中微子在不停地颤动,所以跟我们直觉上的观念不是很一样。总之,Bruno的想法大概是这样的:从太阳产生的v_e在从太阳到地球的过程中变化成了其它的中微子(v_mu 和 v_tau)。这大致相当於小明在市场买了一箱草莓,在商贩出当场打开箱子确认裏面的确是满满的一项草莓。但是当小明把这箱水果带回家准备分给小红的时候却发现箱子中有些草莓平白无故地变成了黑莓和蓝莓。
震荡理论当然取得了很大的成功。先后有诸多实验所确认,因而被广泛接受。
4 震荡实验
目前的中微子实验在粒子物理中可以算是相当受欢迎。现在正在进行的震荡实验也不少。比如在欧洲的OPERA,美国的MINOS,法国的Double Choo,日本的T2K和中国的大亚湾等等。有兴趣的朋友可以上网找一下,每个实验的资料都比较全。我在这里就不多做介绍了。