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中微子研究进程及未来实验研究(4)

来源:学术堂 作者:原来是喵
发布于:2016-11-05 共7073字
  四、蓬勃发展的中微子研究
  
  中微子振荡是当前中微子研究的热点,但实际上中微子存在众多未解之谜,其他方面的研究也在蓬勃发展。
  
  中微子振荡证明中微子有微小的质量,但具体数值仍然未知,正在通过贝塔衰变、无中微子双贝塔衰变,或者宇宙学测量等方法研究。根据已有的数据限制,估计最重的在0.1电子伏量级,与顶夸克差了12个数量级,最轻的仍不能排除为零。这带来了新的问题:它的质量也跟顶夸克一样,是由希格斯机制产生的吗?还是有新的产生机制?假如中微子是马约拉纳粒子,即它是自身的反粒子,那么现在流行的关于中微子质量产生的“跷跷板机制”能够比较自然地解释它为什么这么轻,但粒子物理的标准模型需要大的修改。
  
  无中微子双贝塔实验是一类极为重要的中微子实验。如果发现了这种现象,则说明中微子与其他费米子都不同,是马约拉纳粒子。现在有十多个实验,利用不同的探测技术和不同的同位素进行研究,例如EXO、Gerda、CUORE、NEMO、Kam LAND-Zen、SNO+等。EXO是其中竞争力最强的实验之一。它利用液氙同时液氙作为双贝塔衰变核素和探测介质。目前EXO实验采用200千克液氙,计划升级为n EXO,靶质量为5吨,并继续提高探测器性能,特别是有可能实现独有的Ba离子标记技术,原则上可排除所有其他核素产生本底。假如中微子是反质量顺序,下一代的无中微子双贝塔实验将能在未来10年确定中微子是狄拉克粒子还是马约拉纳粒子。假如质量顺序是正序则情况比较糟,如果实验未有正结果,即使是下一代实验,也不能给出结论。
  
  为了解释美国LSND实验20世纪90年代发现的极短距离的中微子振荡现象,有人认为存在着质量在1e V附近的中微子。由于加速器上粒子粒子衰变实验已经证明只有三种参与弱作用的粒子,只有两个独立的质量平方差,因此只能假定这种粒子不参与弱作用,称为“惰性中微子”.还有一些其他迹象支持惰性中微子的存在,如反应堆中微子反常和GELLEX反常。专门设计来验证LSND实验的Mini Boo NE实验也未能得到明确的结果。惰性中微子激起了相当一部分人的兴趣。新设计的实验包括距反应堆几米的地方测量中微子振荡、近距离的加速器中微子实验、利用放射源近距离测量中微子,等等。也许未来10年内能够解释这个谜团。
  
  中微子也是一种新的天体物理的研究手段。它穿透能力强,是独一无二的研究天体内部的探针。中微子天文学刚刚兴起,将在太阳物理、地球物理、超新星爆发、宇宙起源、宇宙线起源等方面有较大发展。特别是南极洲的“冰立方”实验2013年发现了来自宇宙的极高能中微子,未来进一步升级后,有可能解决宇宙线起源的百年之谜。
相关标签:物理学史论文
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