| 词条 | 中微子天文学 |
| 释义 | § 科技名词定义 中微子天文学 中文名称：中微子天文学 英文名称：neutrino astronomy。 其他名称：中微子天体物理学(neutrino astrophysics) 。 定义：研究天体发射中微子的过程与中微子在宇宙空间的性质的学科。 所属学科： 天文学(一级学科) ；天体物理(二级学科) 天体物理学的一个分支，主要研究恒星上可能发生的中微子过程以及这些过程对恒星的结构和演化的作用。中微子是一种不带电﹑静止质量为零的基本粒子。早在研究原子核的β衰变时就从理论上预见到中微子的存在，但直到1956年才在实验中观察到。中微子和一般物质的相互作用非常微弱，除某些特殊情况外，在恒星内部产生的中微子能够不受阻碍地跑出恒星表面，因此，对恒星发射的中微子进行探测，可以获得有关恒星内部的信息。[1] § 科学研究 中微子天文学neutrino astronomy，研究恒星上可能发生的中微子过程，以及这些过程对恒星的结构和演化的影响的天体物理学分支。恒星内部温度很高，进行着各种各样的核反应。恒星内部的核反应过程不仅提供了能量，而且影响恒星的结构和演化。中微子是一种不带电的静止质量为零的基本粒子。恒星内部进行的许多核反应过程都有中微子参与。特别在恒星演化的晚期，中微子的作用尤其重要。在某些情况下，中微子可能起了关键作用。中微子天文学同恒星演化学紧密相连。中微子同一般物质的相互作用非常微弱，因此，具有很大的穿透本领，探测恒星发出的中微子非常困难。对太阳发出的中微子的探测已有不少结果。但探测结果同理论预言的数值不符。原因不明。恒星离地球十分遥远，尚难以探测它们发出的中微子。1987年，麦哲伦云里爆发了一颗超新星，它发出的强大的中微子流已被探测到。[1] § 演化过程 中文词条：中微子天文学 外文词条：neutrino astronomy 作者：曲钦岳 太阳每秒放出的总辐射能为 3.86×10尔格。其中绝大部分的能量由质子－质子反应产生﹐很小一部分由碳氮循环产生。这些反应中有许多分支反应过程是产生中微子的﹐中微子在地球表面处的通量是很大的。中微子具有很大的穿透本领﹐一般很难测量。美国布鲁克黑文实验室的戴维斯等人在深矿井中进行了太阳中微子的实验。实验中用大体积的四氯化二碳作靶﹐利用Cl俘获中微子的反应﹕＋Cl→e ＋Ar﹐来探测太阳中微子。从1955年以来﹐他们所得的结果是﹕ 表 在恒星演化的早期和中期﹐中微子的作用很小。到恒星演化的晚期﹐中微子的作用就变得重要了。这时﹐产生中微子的过程主要有以下几种﹕ 第一种是尤卡过程。其反应为﹕ (Z﹐A )→(Z ＋1﹐A )＋e ＋﹐ e ＋(Z ＋1﹐A )→(Z﹐A )＋。 尤卡过程的总效果﹐是将电子的动能不断地转化为中微子对而放出。式中Z 为原子序数(质子数)﹐A 为质量数(核子数)﹐e 为电子﹐为电子中微子﹐为反电子中微子。 第二种是中微子轫致辐射。隆捷科沃于1959年首先进行研究。电子与原子核(Z﹐A )碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为﹕ e ＋(Z ＋1﹐A )→e ＋(Z﹐A )＋＋。 第三种是光生中微子过程。丘宏义和斯塔贝尔曾在1961年首先进行研究。γ光子与电子碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为﹕ γ＋e →e ＋＋。 第四种是电子对湮没中微子过程。丘宏义和莫里森于1960年首先进行研究。正﹑负电子对湮没为中微子对﹐其反应为﹕ e ＋e →＋。 式中e 为正电子。 第五种是等离子体激元衰变中微子过程。J.B.亚当斯等人于1963年进行研究。等离子体激元可以按如下的反应衰变为中微子对﹕ →＋。 第二﹑三﹑四﹑五种过程是根据1958年范曼和格尔曼提出的普适弱相互作用导出的。弱电统一理论提出后﹐又出现了许多新的中微子过程﹐例如上述第三﹑四﹑五种过程右方的+都可推广为+﹐+等。 在恒星演化的晚期﹐中微子的作用有﹕发射中微子﹐带走了大量的能量﹐加快了恒星演化的进程和缩短了恒星演化的时标﹔对超新星爆发和中子星形成可能起关键作用。例如﹐有一种看法认为﹕在一个高度演化的恒星内部﹐通过逐级热核反应﹐一直进行到合成铁。进一步的引力坍缩﹐将使恒星核心部分产生强烈的中子化﹐而放射出大量中微子。由于中性流弱作用的相干性﹐铁原子核对中微子有较大的散射截面。因此﹐强大的中微子束会对富含铁原子核的外壳产生足够大的压力﹐将外壳吹散而形成猛烈的超新星爆发。被吹散的外壳形成星云状的超新星遗迹﹐中子化的核心留下来形成中子星。 恒星离我们十分遥远﹐以目前的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。 § 中微子天文望远镜 由于探测技术的提高，人们可以观测到来自天体的中微子，导致了一种新的天文观测手段的产生。美国正在南极洲冰层中建造一个立方公里大的中微子天文望远镜——冰立方。法国、意大利、俄罗斯也分别在地中海和贝加尔湖中建造中微子天文望远镜。KamLAND观测到了来自地心的中微子，可以用来研究地球构造。 中国超高能中微子望远镜样机获首批宇宙线事例 目前，欧盟正打造它的太空“鹦鹉螺号”——KM3中微子天文望远镜，它将安装在地中海一立方公里的海水中。 儒勒·凡尔纳的科幻小说《海底两万里》讲述了尼莫(拉丁语为“无此人”的意思)船长和他的“鹦鹉螺号”潜水艇的历险故事；中微子则是我们所能知的最接近“无物质”的最小粒子，它也是一种黑暗的物质。小说中的“鹦鹉螺号”被用来探索海底世界，中微子也可以被用来观测太空中那些遥不可及的天体。目前，欧盟正打造它的太空“鹦鹉螺号”——KM3中微子天文望远镜，它将安装在地中海一立方公里的海水中。 欧洲KM3计划的负责人之一，英国谢菲尔德大学的李·汤普森博士说：“利用中微子观察宇宙是一种全新的技术。中微子不会被其他物质吸收，也不会被其他东西反射。中微子可以穿过我们的身体，也可以穿过地球，但它们本身丝毫不受到影响。中微子不带电荷，它们的运动路线也不会因其他电磁场而弯曲。所以，一旦发现中微子，并判断出它的运动方向，我们就可以发现它在宇宙中的来源。” 由于完全不受其他物质的影响，中微子可以提供关于宇宙的最可靠信息。但要捕捉它，你必须有一个巨大的探测器。为了让KM3正常工作，大量的传感器要被放置在地中海海底的一个巨大水体之内，这样它们才能捕捉任何偶然经过的中微子轨迹。 在小说中，“鹦鹉螺号”在航行中需要防御大型甲壳动物的攻击。在海底工作的KM3也有自己的麻烦。它需要被安放在一个没有过多海底生物的地方，因为这些在黑暗中大量繁殖的海底生物会自己发光，从而干扰感应器对中微子光的捕捉。 与此同时，研究人员还在北京实现了第二台望远镜的全遥控试运行，成功实现了与中意合作ARGO全覆盖地面探测器的联合观测。截至5月23日凌晨，这台望远镜已观测到50多个宇宙线事例。 中国科学院高能物理研究所研究人员表示，超高能中微子望远镜研制的成功，标志着中国具备了实施超高能中微子探测这一探索性研究的技术和人员条件，为超高能中微子探测研究的正式立项奠定了坚实的基础。[2] § 参考书目 J.N.Bahcall and R.L.Sears﹐Solar neutrinos﹐Ann. Rev. of Astronomy and Astrophysics﹐Vol.10﹐p.25﹐1972. H.Y.Chiu﹐Stellar Physics﹐Vol.1﹐Blaisdell﹐Walthem﹐1968. |
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