中微子具有惊人能量被证实

原标题：它是粒子界“隐士” 也是宇宙奥秘“告密人

南极洲的冰立方实验(图 2)可以探测到大气中微子,体积为 1 立方千米,即 10 亿吨,但能量阈值太高,不能探测 7 gev 的 m 中微子。j粒子，1976年被授予诺贝尔物理奖，并被美国政府授予洛仑兹奖，1977年美国国家科学院院士，1979年发现胶子喷注，1982年确定中微子种类的数目只有三代，1994年起领导ams组实验在空间寻找反物质和暗物质，1994年当选为中国科学院外籍院士。但其计算结果表明，在“旅行”过程中，这些中微子具有数量准确的以光速运行（一点都不多）的能量粒子，这表明中微子的能量没有损耗且其行进速度不比光速快。

7月13日出版的《科学》杂志刊登封面文章，称“冰立方”中微子天文台找到耀变体发射超高能中微子的证据。这篇文章中提到，2017年9月22日，冰立方探测到一个能量为290 TeV（万亿电子伏特）的中微子。目前能量最高的加速器——欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，只能把粒子加速到7 TeV。

众所周知，中微子质量很小，几乎不与物质作用，那么要捕捉到有“幽灵粒子”之称的它有哪些办法？目前有哪些项目正在寻找中微子？“冰立方”在寻找中微子方面有什么特殊优势？哪些过程可能产生中微子？探寻中微子有哪些科学意义？科技日报记者就此采访了业内专家。

不知不觉中带走能量

上世纪20年代，科学家在研究β衰变时，发现在这一过程中，有一部分能量不知去向。依照能量守恒定理，如果静止的中子衰变成一个质子和一个电子，那么电子的能量应该等于中子能量减去质子能量的结果。电子的能量约等于中子与质子的质量差，而实际测量到的电子能量都比预测的要小。

这让科学家们感到十分困惑，在亚原子过程中中微子振荡模式，能量守恒定律是否失效了？1930年，当时年仅30岁的奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利，对此作出了一种大胆的推断。

波是一种能量形式,比如电磁波.粒子是物质,我们常说的原子,电子,都可以成为电子.光,一开始被认为是物质,因为科学家发现光有压力,成为光压,受强光照射的物体会产生受力作用.于是大家说光是一种粒子,称为光子.后来发现光还具有电磁波的性质,认为它是一种能量,即是一种波.这俩种理论争论不休,后来爱因斯坦提出,光既具有物质的性质。现代物理学研究得到的成果是时空产生以后，基本粒子进一步形成物质粒子原子、分子，然后产生物质，物质之间不断地作用和聚合从而形成星体。此时粒子的能量极高，它们相互碰撞并产生大量不同种类的正反粒子对。

这一假说引起了意大利物理学家费米的注意。1934年，费米建立了β衰变理论，定量地描述了β射线能谱连续性和β衰变半衰期的规律。该理论中包含了泡利所假设的新粒子，在实验上发现中子之后费米将其命名为“中微子”。

地下实验室，尤其是极深地下实验室，是粒子物理学、天体物理学及宇宙学等领域的暗物质探测实验、中微子实验等一些重大基础性前沿课题的重要研究场所，是岩体力学、地球结构演化、生态学等学科开展相关实验研究的重要环境，也是低放射性材料、环境核辐射污染检测的良好环境。如果中微子可以振荡，那么太阳中微子在到达地球时便会成为三种类型中微子的混合，而戴维斯的实验仅仅对探测其中的电子中微子敏感，这也就解释了为什么他的实验只探测到理论预言数目的三分之一。在戴维斯实验进行的同时，地球另一边的小柴昌俊也加入到探测中微子的实验中。

在闪烁液体中显形

由于中微子与物质的相互作用很弱，因此想要在实验里直接找到它，是件很困难的事情。为此，科学家想了很多办法。

理论上，只要发生核裂变反应，就会产生中微子。起初，科学家们选择在核反应堆附近建造对中微子特征敏感的粒子探测器。

[0035]f)向上述第i级反应容器中继续加入混合酸，使第5级反应容器中的溶液溢流到第6级反应容器中，与第6级反应容器中的水混合，再经过萃取得到氯化钴溶液。 f)向上述第1级反应容器中继续加入混合酸，使第5级反应容器中的溶液溢流到第6级反应容器中，与第6级反应容器中的水混合，再经过萃取得到氯化钴溶液。[0033]d)向上述第i级反应容器中继续加入混合酸，使第3级反应容器中的溶液溢流到第4级反应容器中，与第4级反应容器中的电解钴和水进行反应。

闪烁探测器包括固体闪烁计数器和液体闪烁计数器，均利用射线引起某些物质发出荧光进行测量。主要产品包括能量色散x射线荧光光谱仪、波长色散x射线荧光光谱仪、镀层测厚x射线荧光光谱仪等36个型号的产品。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的x射线能量越大，叫做硬x射线，波长长的x射线能量较低，称为软x射线。

人造核反应堆之外，太阳内部的核聚变反应和超新星爆发过程都可以产生大量中微子。同时，当高能宇宙射线撞击地球大气层中的粒子时，也会产生中微子。为了寻找来自太阳和大气的中微子，20世纪60年代以来，物理学家们在深部地下建造了多个探测器。

1985年日本神冈实验及美国imb实验在探测宇宙射线与大气中粒子相互作用时产生的大气中微子时，发现μ中微子与电子中微子的比例要比理论预言的小，这便是所谓的“大气中微子反常”现象。法国望远镜阵列的主要设计思路是，探测宇宙射线与大气碰撞产生的低能中微子，而意大利的望远镜阵列，则用来捕捉外太空的高能中微子信号。该级舰共建造3艘，由孟买马扎冈船厂负责建造，舰长米，排水吨。

比如，如果假设一万亿立方公里的空间里只分布着一个粒子（分子、原子、“最小”粒子等），这一个粒子的能量辐射稀释于该空间中，该空间的温度为零下十几度，那一立方光年的空间里只有一个粒子时，该空间的温度就可能是零下一百几十度，而一千立方光年的空间里只有一个粒子时的温度就可能是零下几百度，而一千万立方光年的空间里只有一个粒子时的温度则可能是零下几千度甚至零下几万度，以此类推，如果几千亿立方光年的空间里只有一个粒子时，该空间的温度是零下多少度呢。 ”中科大核探测与核电子学国家重点实验室教授黄光顺介绍，这是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优、粒子鉴别能力最强的量能器，成功实现了电子宇宙射线能谱的宽能区能量测量和高纯度粒子区分，为“悟空”高效获取高质量数据发挥了关键作用。从本质上说，暗物质本身不可见，但暗物质湮灭或者衰变时会产生看得见的粒子，通过探测卫星探测这些粒子，可以间接探测看不见的暗物质粒子，这就使所谓的间接探测法。

不同探测方式构成互补

既然发现了中微子的存在，物理学家们就迫切想知道它的能量、质量、速度等各种物理性质。

如果中微子可以振荡，那么太阳中微子在到达地球时便会成为三种类型中微子的混合，而戴维斯的实验仅仅对探测其中的电子中微子敏感，这也就解释了为什么他的实验只探测到理论预言数目的三分之一。然而,1998 年日本超级神冈实验(super-k)发现大气中微子存在振荡现象,即中微子在飞行中可以变成其他种类的中微子。大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡，并精确测量到其振荡几率，即物理学中的基本参数&mdash。

2012年，大亚湾中微子实验国际合作组宣布，他们发现了新的中微子振荡模式，且实验达到了前所未有的精度，测得第三种中微子振荡模式的振荡幅度为9.2%，误差为1.7%，无振荡的可能性只有千万分之一。

如果不知道质量顺序,长基线加速器中微子的振荡几率不能确定,因此也影响 cp 破坏的测量。)，并该照像机主光轴和望远镜视准轴以及竖轴中心轴线同在一个平面上，竖轴中心轴线与横轴中心轴线之间的交点与照像机透镜中心(注:摄影中心即投影中心)重合，基座或水平旋转部上装有圆水准器，水平旋转部上装有水准管，基座与水平旋转部之间装有测量基座与水平旋转部相互角度位置关系状态(或测量水平旋转部旋转角度)的水平角测角系统，照像机与水平旋转部的只能水平旋转的部位之间装有测量照像机与水平旋转部的只能水平旋转的部位相互之间角度位置关系状态(或测量照像机竖向旋转角度)的竖直角测角系统(或称垂直角测角系统)，水平角测角系统和竖直角测角系统合称测角系统，以上测角系统可以是光学测角系统，也可以是光电测角系统，关于测角系统的种类和结构现有技术有许多种，一些光学测角系统含:带分划线的水平度盘和带分划线的竖直度盘，光源装置:进光镜或进光窗，读数显微镜，能分别将水平度盘、竖直度盘、分微尺(或测微器)的分划影像折射或传递反映在读数显微镜中的一系列透镜和棱镜。其他中微子振荡测量中微子的 cp 破坏大概是剩下的“有保障的发现”中最重要的一个。

那么，如何测量单个中微子的质量呢？费米曾提出，可以通过测量β衰变能谱来确定中微子的质量。在一个典型的β衰变中，原子核内的一个中子变成质子中微子振荡模式，同时放射出一个电子和一个电子型反中微子。尽管反中微子无法直接探测到，但可以通过伴随电子的能量和动量，推测出这个反中微子的质量。

由于太胖，他往医院的体重秤上一站，能负载250公斤的体重秤指针立即飞速转动，体重秤顿时失灵，医生只好用大磅秤给他称体重，连接两条皮尺给他测腹围，量血压时普通血压计的袖带必须拼接上一块布条才能勉强给他测量血压，做心电图检查时电极夹子无法正常夹在他的脚腕上，就算是加强型的b超，也无法“透视”到他内脏，而他在休息时一定要睡两张病床。对了，给各位补充一个测量体重的最佳时机，就是每次月经干净后的第一天，清晨沐浴着阳光，排空二便，穿不穿衣服看您个人习惯了，轻盈的站上体重秤，这个时候的体重是最准确的，可以排除一切外界的干扰，每个月都是这个固定时间测量体重才能起到对比的作用。利用反应堆中微子振荡中的干涉效应可以测量质量顺序,其最佳基线(即反应堆到探测器的距离)约为 60 千米,需要很大的探测器和极佳的能量分辨率,从精确的能谱测量中确定这种干涉效应。

中微子的实验研究大致可以分成两类,一类是中微子振荡研究,另一类是非振荡物理,包括绝对质量的测量、无中微子双b衰变、寻找惰性中微子、寻找非标准相互作用和反常磁矩,以及中微子天文学等。在核子中，如果每一个粒子还能再分成几个质量便小的粒子的话，那么这种粒子的半径势必大于核子的半径，这样就会出现在核子很小的半径内包含了许多个半径比它大的粒子这种以小装大的不可思义之怪事。两者不同之处在于：纠缠态的两个粒子,测量前的状态是不确定的,有可能是a态,也有可能是b态,直到测量后一瞬间,粒子的状态才确定.（测量这个过程,导致粒子状态的确定,测量影响状态）而两张扑克牌,在将它们分开后,地球上的那张牌已经确定了,只不过我们没测量不知道结果而已.（测量这个过程,与扑克牌本身状态无关,测量不影响状态）。

来自宇宙深处的信使

了解了中微子的各种“轶事”，你可能想知道，研究它有哪些科学意义？

在周顺看来，除去物理学层面的意义以外，研究中微子对于了解恒星的结构和演化，乃至宇宙的起源都有着重要的科学意义。因此，天文学里专门有一个分支叫做中微子天文学。

来自宇宙深处的高能宇宙射线到达地球时，人们无法推断出它们从何而来。因为带电粒子在穿过太空时，星系和星系间的磁场会改变这些粒子路径。理论上，宇宙射线的源头也会产生中微子。

某种生物都与星体有牵连的，天宇的效应都蕴藏在定向的图线中，在浩瀚空间中所形成的宇宙图像均是非物质的能量射线所形成的，它将信息反应在一定的物质上和生物上。以牛顿和爱因斯坦为例，这些卓越的科学家在为人类深入了解物质、运动、时间、空间以及宇宙运行的基本规律做出了杰出贡献。宇宙是由空间物质时间这几个基本元素组成，空间反应物质所在的环境，环境中的物体我们称为物质，时间是反应物质变化的连续性，而力则是物质变化的原因。

截至目前，“冰立方”已经探测到了多个超高能中微子，能量高达1015 eV。科学家们正在努力探究这些高能中微子是如何产生的，以及来自宇宙何处。极端的宇宙现象，例如活动星系核和伽马射线暴，可能是它们的来源，这两种现象同样也可能是宇宙射线的来源。

周顺认为，如果高能中微子的来源能确切地追溯到这些可能的宇宙线来源上，将帮助科学家更好地理解那些产生高能中微子的、极其剧烈的天体物理过程。（唐婷）