中微子振荡问鼎诺贝尔奖 粒子物理新篇开启

中微子振荡问鼎诺贝尔奖 粒子物理新篇开启

10月6日下午，诺贝尔物理学奖揭晓。日本科学家梶田隆章（Takaaki Kajita）和加拿大科学家阿瑟•麦克唐纳（Arthur B. McDonald）获奖，原因是发现了中微子振荡，证实了中微子有质量。

粒子物理，可谓诺贝尔物理学奖的“宠儿”。“这是粒子物理领域第19次获得诺贝尔物理学奖。”中科院高能物理所研究员曹俊告诉《中国科学报》记者。

2013年，诺贝尔物理学奖授予了希格斯粒子的发现者，而希格斯粒子对于完善粒子物理的标准模型具有重要的价值。

而与此相反，中微子振荡的发现，则说明粒子物理的标准模型并不完美。

发现中微子振荡是“意外之喜”

今年，日本获奖者的发现来自一个名叫“超级神冈探测器”（Super Kamiokande）的大家伙。

与更早的太阳中微子失踪之谜,稍晚的sno(太阳中微子)、kamland(反应堆中微子)、k2k(加速器中微子)等实验的结果一起,形成了中微子振荡的坚实证据。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。中科院院长白春礼透露，今年还将启动大亚湾中微子实验二期，在了解3种中微子振荡模式的基础上，探索3种中微子质量排序问题。

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2002年，美国物理学家雷蒙特•戴维斯和日本物理学家小柴昌俊因探测宇宙中微子，获诺贝尔奖。这一成绩，鼓励了日本政府加大了中微子研究领域的投入力度。于是，他们将“实验容器”从3000吨升级5万吨，做成了超级神冈探测器。

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。1998年，日本超级神冈实验（super-kamiokande）首次探测到大气中微子（宇宙射线与大气中的粒子发生相互作用产生的中微子）的振荡。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。

物理学奖在颁什么？

中微子，属于构成物质世界的基本粒子，按照粒子物理标准模型的预测，中微子没有质量，也不会发生振荡。

“目前围绕着粒子物理标准模型，已经发了18个诺贝尔奖，有一部分颁给新粒子的发现者的，有一部分颁给相互作用机制的发现者。但是，长期以来，中微子是标准模型里认识得最不清楚的一种粒子。”曹俊说。

先咬文嚼字一下：中微子振荡并不直接告诉我们中微子有质量。2012年3月，实验室宣布发现新的中微子振荡模式，这是中国诞生的一项重大物理成果，被称为中微子物理的一个里程碑。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。

探测到振荡，并不容易。很早以前，人类就发现了中微子的存在，而且证明确实存在三种中微子，分别是电子中微子、μ中微子和τ中微子，这三种中微子占了12种基本粒子的四分之一。但是，中微子之间的作用机制一直是个谜。

“每秒钟，穿过我们身体的太阳中微子就有几百万个，而且，由于不带电，它几乎不跟物质发生相互作用。”曹俊说。

当初，科学家之所以能探测到中微子的振荡，或许要部分归功于大型探测器。“日本神冈实验其实就是个巨大的‘水罐子’。”中科院高能物理研究所研究员张双南向《中国科学报》记者解释说，里面装着5万吨液体作为探测介质，“‘水’越多，粒子相互作用的机会就越大，捕捉到相互作用的可能性也就越大。

20世纪60年代起，认识到存在三种不同的中微子，并发现如果中微子的静质量不为零，不同中微子之间可发生振荡，即一种中微子在运行过程中会变成另一种中微子。不同味道的中微子在传播时可以发生转化，意味着相应的质量本征态的叠加方式发生了变化，也就是说在传播过程中三种质量本征态的相位变化步调有差异，从而意味着它们质量的平方差不为零，因此说中微子振荡意味着它们具有质量。[注]：两列波发生干涉时，必要有一点条件(即频率相同)，产生干涉后，振动加强的点永远加强，反之振动减弱的点永远减弱。

物理定律似乎对粒子和反粒子一视同仁．更准确地讲，如果粒子用反粒子替换，右手征用左手征替换，以及所有粒子的速度都反向，则物理定律不变．这被称作cpt定理，并且它是任何合理的理论中都应该成立的基本假设的一个推论．。mdlvis只能给模型创建新的骨骼和附着点，不能创建粒子效果的附着点，如果要创建粒子效果的附着点，可以在war3modeleditor（即wme）中创建，保存模型，再用mdlvis打开，这时你就可以看到骨骼中多了一个名为unnamed的骨骼，这个就是在war3modeleditor创建的粒子效果附着点。【文摘】双线偏振技术扩展了常规多普勒雷达功能,可以直接探测到与降水粒子微物理特征有关的物理量,本文介绍了差分反射率因子zdr、传播常数差kdp、相关系数ρhv（0）等双偏振雷达的主要基本产品生成原理,并利用空军最新721型双偏振天气雷达2008年7~8月探测资料进行了降水粒子相态识别和估测降水量分析,试图为双偏振雷达在飞行气象保障业务运行提供参考依据和帮助。

张双南表示，中微子振荡，乃至中微子质量研究，还将有助于理解宇宙中物质和反物质为什么是不对称的。“标准模型预言正物质和反物质是对称的，但是宇宙中主要是正物质，反物质非常少，大家认为，中微子质量，很可能与此有关，这也是大家关心中微子振荡的重要原因。”他说。

粒子物理往哪走？

尽管此次诺贝尔物理学奖并未出现中国人的身影，但中国在粒子物理领域却仍然有着举足轻重的地位。

1998年，以小柴昌俊（masatoshi koshiba）为代表的中微子振荡联合研究小组用这种方法成功证明了，大气中微子发生了代与代之间的振荡。中微子振荡的现象是上世纪60年代美国科学家戴维斯首次发现的（戴维斯是95年诺奖获得者），他使用四氯化碳观测太阳核聚变中释放的电子中微子，发现数据只有理论预期的三分之一，这在当时被称为太阳中微子之谜，科学家们不知道这些中微子去了哪里，不过今年诺奖之一的sno实验在2000年左右确认，这些电子中微子也是振荡到了另外两种。2012年3月8日日加学者因发现中微子振荡获诺贝尔物理学奖，大亚湾中微子实验国际合作组发言人王贻芳在北京宣布，大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡，并测量到其振荡几率。

曹俊所说的“最好”，指的是大亚湾中微子实验。该实验由中科院高能物理研究所的科研人员2003年提出，利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，寻找中微子的第三种振荡。

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。在核电工程建造领域，集团完成了压水堆、实验快中子反应堆、重水堆等多种不同堆型核电站的建造，具有30万、60万、70万、100万千瓦级各个系列机组的建造能力，具备同时承担40台核电机组的建造能力。加速器实验用 m 中微子束流,探测电子中微子的出现几率,灵敏度依赖于 cp 破坏相角。

2012年3月，大亚湾中微子实验组织发言人宣布，大亚湾中微子实验发现了新的中微子振荡，并测量到其振荡几率。

有趣的是，关于大亚湾中微子实验的发现，中日间也曾出现过竞争。此前，日本发现了中微子的第三种振荡模式的一些端倪，但却无法做到精确测量。“我们抢先证实了它的存在。”曹俊说。

江门中微子实验预期 2020 年建成运行,6 年后可将质量顺序确定到 3 ~ 4 倍标准偏差。假如中微子质量顺序为正,我们有可能永远无法通过无中微子双 b 衰变实验来确定中微子是狄拉克粒子还是马约拉纳粒子。中科院院长白春礼透露，今年还将启动大亚湾中微子实验二期，在了解3种中微子振荡模式的基础上，探索3种中微子质量排序问题。

这也说明我们彼此相知甚深，他为人做事，说话极为谨慎，他的谨慎，几乎令他得不到诺贝尔奖，因为发现了j粒子，但仍不放心，还重复再做核实， 资料外泄，别人要用此结果公布，他才匆忙公布，而令二人共得，这是物理界广为人知的故事。女主从现代的神偷穿越成九爷的小妾日加学者因发现中微子振荡获诺贝尔物理学奖，醒来的时候还是在床上，虽然后来备受九爷宠爱，但还是奖整个北京城偷了个遍，确实很好看。大儿子是备受宠爱、结果脾气不好闯大祸的费诺(fëanor）（溺爱孩子使不得啊。