| 词条 | 中微子 |
| 释义 | § 简介 冰立方是全球最大的中微子望远镜 中微子，意大利语：Neutrino，其字面上的意义为“微小的电中性粒子”，又译作微中子，是轻子的一种，其自旋量子数为1/2。 微中子有三种：电子微中子、μ子微中子和τ子微中子，分别对应于相应的轻子：电子、μ子和τ子。所有微中子都不带电荷，不参与电磁相互作用和强相互作用，但参与弱相互作用。标准模型的假设里中微子的静止质量为零，但可以通过修改标准模型使中微子有非零的质量。[1] 有实验表明，中微子确实有微小但并不为零的质量。 欧洲核子研究中心进行的相关实验表示，中微子的运行速度有可能超过光速，甚至可能推翻爱因斯坦相对论的定律。[2] § 历史年表 最早的中微子 1930年，德国科学家泡利预言中微子的存在。 1956年，美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子，莱因斯获1995年诺贝尔奖。 1962年，美国莱德曼，舒瓦茨，斯坦伯格发现第二种中微子——缪中微子，获1988年诺贝尔奖。 1968年，美国戴维斯发现太阳中微子失踪，获2002年诺贝尔奖。 1985年，日本神岗实验和美国IMB实验发现大气中微子反常现象。 1987年，日本神岗实验和美国IMB实验观测到超新星中微子。日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖。 1989年，欧洲核子研究中心证明存在且只存在三种中微子。 1995年，美国LSND实验发现可能存在第四种中微子——隋性中微子。 1998年，日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象。 2000年，美国费米实验室发现第三种中微子，陶中微子。 2001年，加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。 2002年，日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡。 2003年，日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡。 2006年，美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡。 2007年 ,美国研究人员在从费米实验室向另一个名为MINOS的实验装置发射中微子时也观测到类似的超光速现象,但当时研究人员对整个实验的精确度不是很有信心。 2011年9月，欧核中心OPERA实验团队宣布，发现中微子超过了光速。这挑战了爱因斯坦狭义相对论，一度搅动了物理学界一池静水，更几乎轰动了世界 2011年9月2月的一次重新测试则表明，该实验可能存在两处问题——GPS同步没有纠正好，以及连接GPS和原子钟的光缆没接好，出现松动。 § 观测 中微子只参与非常微弱的弱相互作用，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难。正因为如此，在所有的基本粒子中，人们对中微子了解最晚，也最少。实际上，大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（贝塔衰变）、超新星爆发、宇宙射线等等。宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留，大约为每立方厘米100个。 1998年，日本超神冈（Super-Kamiokande）实验以确凿的证据发现了中微子振荡现象，即一种中微子能够转换为另一种中微子。这间接证明了中微子具有微小的质量。此后，这一结果得到了许多实验的证实。中微子振荡尚未完全研究清楚，它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用，而且与宇宙的起源与演化有关，例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。[3] § 性质 粒子间的各种弱相互作用会产生微中子，而弱相互作用速度缓慢正是造就了恒星体内“质子-质子”反应的主要障碍，这也解释了为什么微中子能轻易的穿过普通物质而不发生反应。太阳体内有弱相互作用参与的核反应每秒会产生10 个微中子，畅通无阻的从太阳流向太空。每秒钟会有1000万亿个来自太阳的微中子穿过每个人的身体，甚至在夜晚，太阳位于地球另一边时也一样。 § 作用 在恒星演化的晚期，中微子的作用有：发射中微子，带走大量能量，加快恒星演化的进程和缩短恒星演化的时标；对超新星爆发和中子星形成可能起关键作用。 恒星离地球十分遥远，探测技术还无法接收到它们发射的中微子流。只在超新星爆发使中微子发射剧增时，才有可能探测到。除了恒星以外，在类星体、激扰星系以及宇宙学研究对象中，也存在许多有关中微子过程的问题。 § 反中微子 中微子没有通常意义上的反粒子。其中反电子中微子是β衰变的副产品。目前（截至2011年）观察到中微子只有左旋，而反中微子只有右旋。反中微子如同中微子只参与弱相互作用及重力作用。 由于中微子不带电荷，其可能是自己的反粒子。带有这种性质的粒子称作马悠拉纳粒子。如果中微子确实是马悠拉纳粒子，便有机会观察到不放出中微子的双重β衰变。有许多实验试图去寻找这类的反应过程。 § 速度 美国芝加哥附近的费米实验室Minos项目图示，该项目将有望提供对于欧洲实验结果的验证性结论 在“中微子震荡”这个概念出现以前，根据狭义相对论而建立的中微子标准模型，中微子的质量应为零，并应该以光速行进。然而，科学家似乎开始对“中微子的质量是零”这个假设开始动摇，亦因此开始有人质疑中微子是否能够以光速行进。 最初侦测 科学家首次对中微子的速度进行侦测在1980年代早期，当时科学家透过从脉冲质子束射击而产生的脉冲π介子束来测量微中子的速度。当带电的π介子衰变，就会产生渺子及中微子或电子中微子。透过长基线的设计，由远方的加速器以此种方式产生中微子，经过地壳的作用削减背景事例，来进行中微子震荡的研究。透过检测加速器产生粒子，与中微子出现在侦测器的时间差，就可测量出中微子的速度。结果显示中微子的速度是光速与假设相符。后来当这个实验在其他地方重覆时，测量中微子的方法改用了MINOS侦测器，测出了一颗能量为3 GeV的中微子的速度达1.000051±0.000029倍光速[4] 。由于这个速度的中间值比光速还要快，科学家认为实验的不确定性太大，而实际上中微子的速度应该不可能超过光速。这个实验设定了50 MeV的渺中微子的质量上限，信心水准为99%。 超新星爆发侦测 同样的观测不单在地球上发现，天文学家观测超新星SN 1987A的中微子爆发时，世界各地有三台中微子侦测器各自探测到5到11个中微子。有趣的是，这些侦测器是在SN 1987A爆发的光线来到地球之前3小时侦测到的。对于这个现象，当时科学家把它解说为因为“中微子于超新星爆发时比可见光更早被发射出来，而不是中微子比光速快”，而这个速度亦与光速接近。然而，对于拥有更高能量的中微子是否仍然符合标准模型扩展仍然有争议，当中微子违反了洛伦兹不变性而发生震荡，其速度有可能会比光速还要快。 相对论可能被推翻 2011年9月，位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心实验室向730公里外意大利的一座物理实验室发射中微子束，测得中微子速度超过真空光速0.0025%。动摇了阿尔伯特・爱因斯坦相对论中的真空光速极限理论。 2011年11月20日，来自意大利大型中微子震荡实验（OPERA）的研究人员当地时间11月17日发布了新实验数据，再次确认了9月的“中微子超光速”实验结果。但由于前后两批人同属一家实验机构，各地科学家们希望能有独立实验机构能予以复制分析。[5][6] 2012年2月22日，美国科学促进会在其网站“科学知情人”发布消息，称欧洲核子研究中心的实验结果错误，原因是，连接全球定位系统卫星接收器的光缆线松动。当天晚些时候，欧洲核子研究中心发言人詹姆斯・吉利斯召开新闻发布会，承认实验结果“现在出现疑问”。吉利斯说，欧洲核子研究中心已锁定去年实验中两处各自独立的问题。这两处问题均与全球定位系统接收器相关，可能导致错误读取中微子束抵达意大利实验室的准确时间。[7] 参与这项实验的科研人员2012年2月23日发表声明说，将在2012年5月重新进行相关实验，以便检测这一结果的真实性。[8] 2012年3月16日，欧洲核子研究中心称在交叉验证结果显示，中微子的移动速度没有超过真空光速，这一机构说,进一步验证仍在持续。[9] |
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