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如意彩票快三欲解决粒子物理最核心问题?建大型电子对撞机成首选

2019-12-18

中微子在我们周围无处不在,从宇宙大爆炸到我们身处的地球、太阳等等,都有中微子。其实我们每一个人本身也是中微子源,每一个人每天会发射出三亿四千万个中微子。

  中微子在整个物理学当中起着非常重要的作用,在构成物质世界的12个最基本的粒子当中,中微子占了其中的三种,所以说中微子是构成物质世界最基本的单元,我们需要把它研究清楚。

  但是非常不幸,我们对中微子的了解非常少,到现在为止我们甚至连中微子质量到底是多少都不清楚,我们只能确定中微子有一点点质量。中微子在宇宙当中数量非常多,在整个宇宙当中大约每立方厘米有300个,所以中微子如果有一点点质量,它对我们整个宇宙的起源、演化、宇宙大结构的形成都会起非常重要的作用。

  在大爆炸的早期,宇宙是非常均匀的,有一点点所谓的质量密度涨落,才能形成宇宙大的结构,宇宙大的结构形成以后,才会有银河系、太阳、地球,以及人类。

  所以,人类能否存在跟中微子质量到底是多少有很大关系。如果中微子质量为零,那么,这个世界上、宇宙里面,就不会有一个有密度涨落的结构,没有这样的一个结构,自然银河系和人类就不会存在。

  中微子研究史

  中微子是1930年由著名科学家泡利提出来的,为了解决在微观世界中能量和动量不守恒的问题。科学家在实验当中发现能量动量不守恒,泡利解释说因为有中微子这种基本无法探测粒子的存在,使得最后你看到的好像是不守恒,但其实是守恒的。

费雷德里克·莱因斯,来源:维基百科
费雷德里克·莱因斯,来源:维基百科

  过了26年后,1956年,美国物理学家费雷德里克·莱因斯和克莱德·科万在实验上发现了中微子,莱茵斯因此得到了1995年的诺贝尔奖。

  1962年,科学家发现其实不只有一种中微子,还有两种中微子。其实在第二种中微子发现之前,有一位科学家就建议中微子和反中微子可能发生振荡,从一种中微子变成另外一种中微子。

图注:超级神冈探测器内部。墙壁上为光电倍增管,每个直径半米。工作人员划着小船检修探测器。来源:超级神冈国际合作组
图注:超级神冈探测器内部。墙壁上为光电倍增管,每个直径半米。工作人员划着小船检修探测器。来源:超级神冈国际合作组

  有两种中微子以后,大家修正了这个想法,就是电子中微子和缪子中微子也可以发生振荡。又过了40年,在1998年,日本科学家发现在大气中微子当中,可以有中微子的振荡,这就是非常著名的日本超级神冈实验。

  到了2002年的时候,加拿大的SNO实验发现太阳中微子也可以振荡。这两个实验由于发现中微子振荡而获得了诺贝尔奖。

  截止2002年,我们看到有两种中微子振荡,但从物理上来说,三种中微子应该是有三种振荡,所以当时的问题就是另外一个中微子振荡模式,我们把它叫做θ13,从物理上来说其实有很多所谓的对称性的希望,说这个θ13也是可以为零的,作为物理学家,我们就希望知道这到底是为零还是不为零。

  我们在2003年提出实验规划,到2012年得到了结果,结果告诉我们,中微子真的是有第三种振荡模式,这个振荡不为零。

  为什么要进行江门中微子实验

JUNO实验规划图 来源:中科院高能物理研究所
JUNO实验规划图 来源:中科院高能物理研究所

  目前,我们正在推动的一个新实验叫江门中微子实验。江门中微子实验是我们在2008年大亚湾实验完成之前就已提出来的。它是为了研究中微子的质量顺序、精确测量中微子的振荡参数、天体中微子(比如说超新星中微子、太阳中微子、地球中微子等等)。

  同时,我们也希望寻找一种完全新的衰变,叫无中微子双β衰变,确定反中微子是否就是中微子自己本身,在粒子物理学当中,这是一个非常重要的研究目标。

  为了实现这个目标,我们需要建设一个大探测器,需要2万吨的液体闪烁体。上文提到的大亚湾实验里面液体闪烁体只有20吨,所以这里面差了将近1000倍。2万吨的探测器比目前世界上最大的液体闪烁探测器还要大20倍。

 

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