中微子粒子：定义，属性，描述。 中微子的振荡是...

中微子是一种基本粒子，与电子非常相似，但没有电荷。 它具有非常小的质量，甚至可以为零。 中微子速度也取决于质量。 颗粒和光的到达时间的差异为0.0006％（±0.0012％）。 2011年，在OPERA实验期间，发现中微子的速度比光快，但独立经验尚未得到证实。

难以捉摸的粒子

这是宇宙中最常见的粒子之一。 由于它与物质相互作用很小，所以难以察觉。 电子和中微子不参与强烈的核相互作用，而是平等参与弱势。 具有这种性质的粒子称为光子。 除了电子（及其反粒子，正电子）之外，带电子的光子还包括一个μ（200电子质量），tau（3500电子质量）及其反粒子。 它们被称为：电子，μ子和tau中微子。 他们每个都有一个称为抗中性的抗物质成分。

像一个电子一样的muon和tau有颗粒伴随着它们。 这是一个muon和一个tau中微子。 三种类型的颗粒彼此不同。 例如，当muon中微子与靶相互作用时，它们总是产生μ子，而不是产生tau或电子。 在粒子的相互作用中，尽管电子和电子 - 中微子可以产生和破坏，但其总和保持不变。 这个事实导致瘦蛋白分为三种类型，每种类型都具有带电的平衡体和伴随的中微子。

为了检测这个粒子，需要非常大的和非常敏感的检测器。 通常，在与物质相互作用之前，低能量中微子将行进许多光年。 因此，与他们进行的所有地面实验都依赖于测量与小尺寸的记录器相互作用的小部分。 例如，在拥有1000吨重水的萨德伯里中微子观测台中，每秒约有1012颗太阳中微子通过检测器。 每天只有30次。

发现的历史

沃尔夫冈·保利是第一个在1930年假定存在粒子的人。当时出现了一个问题，因为似乎能量和角度的动量并没有持续在β衰变中。 但保利指出，如果发射不相互作用的中性微子粒子，则会观察到 能量守恒定律 。 意大利物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）于1934年发明了β衰变理论，并给出了粒子的名称。

尽管有所有预测，20年来，由于与物质的 相互作用较弱， 中微子无法实验检测。 由于颗粒不带电，电磁力不会对其起作用，因此它们不会引起物质的离子化。 此外，他们只是通过微弱的相互作用来反应物质。 因此，它们是能够通过大量原子而不引起任何反应的最具穿透性的亚原子粒子。 在距离等于地球直径的物质中，这些颗粒中只有1亿颗颗粒与质子或中子发生反应。

最后，在1956年，一群以弗雷德里克·雷内斯（Frederick Raines）为首的美国物理学家报道了 电子 - 反电子管 的 发现。 在她的实验中，核反应堆发射的中子与质子相互作用，形成中子和正电子。 这些副产物的独特（和罕见）能量特征已经成为粒子存在的证据。

充电的μ子叶子的发现成为随后识别第二类中微子子的起点。 根据粒子加速器中的实验结果，它们的鉴定是在1962年进行的。 高能微子中微子是通过衰变形成的，并以与物质的反应可以研究的方式被引导到检测器。 尽管它们不像其他类型的这些颗粒那样是反应性的，但是发现在这些少数情况下，当它们与质子或中子反应时，μon中微子形成μ子而不是电子。 1998年，美国物理学家Leon Lederman，Melvin Schwarz和Jack Steinberger获得了诺贝尔物理学奖，用于鉴定微子中微子。

在20世纪70年代中期，中微子物理学被补充了另一种类型的带电光子。 发现Tau中微子和tau抗中性粒细胞与这种第三种带电的le be有关。 2000年，国家加速器实验室的物理学家命名为余。 Enrico Fermi报道了这种类型颗粒存在的第一个实验证据。

重量

所有类型的中微子都具有比其带电伙伴小得多的质量。 例如，实验表明，电子 - 中微子质量应小于电子质量的0.002％，三种物质的总和应小于0.48eV。 多年来，似乎粒子的质量为零，虽然没有令人信服的理论证据，为什么会这样。 那么在2002年，在Sudbury的Neutrino天文台，第一个直接证据就是获得了Sun核心通过核反应发射的电子 - 中性粒子改变了它们的类型。 如果一种或多种粒子具有一定的小质量，则中微子的这种“振荡”是可能的。 他们对宇宙射线在地球大气层的相互作用的研究也表明存在质量，但需要进一步的实验来更准确地确定它。

来源

中微子的天然来源是地球肠道中元素的放射性衰变，在这种情况下，发射出大量的低能电子 - 反中子。 超新星也主要是中微子现象，因为只有这些颗粒才能穿透塌陷星形成的超密度材料; 只有一小部分的能量被转化成光。 计算表明，太阳的约2％的能量是在 热 核聚变 反应中 形成的中微子的能量。 宇宙的大部分黑暗物质都可能由大爆炸形成的中微子组成。

物理问题

与中微子和天体物理学有关的领域是多样化的，并且迅速演变。 目前的问题，涉及到大量的实验和理论工作，如下：

• 什么是不同的中微子群众？
• 他们如何影响大爆炸的宇宙学？
• 他们振荡吗
• 一种类型的中微子只要穿过物质和空间，就会变成另一种？
• 中微子与其反粒子是否有根本的不同？
• 星星如何分解形成超新星？
• 中微子在宇宙学中的作用是什么？

长期存在的特殊问题之一就是所谓的太阳中微子问题。 这个名字是指在过去30年进行的几次地面实验中，不断观察到太阳辐射的能量产生所需的颗粒少。 其可能的解决方案之一是振荡，即在旅行到地球时将电子中微子转换成muonic或tau。 由于测量低能微子或中微子的难度要大得多，所以这种变换可以解释为什么我们不能观察到地球上正确数量的粒子。

第四届诺贝尔奖

2015年诺贝尔物理学奖被授予Takaaki Kadzite和Arthur MacDonald发现中微子质量。 这是第四个这样的奖项，与这些粒子的实验测量有关。 有人可能对于为什么我们应该担心与普通事物几乎不相干的事情有兴趣。

我们可以检测到这些短暂粒子的事实证明了人类的聪明才智。 由于量子力学的规则是概率性的，我们知道，尽管几乎所有的中微子都通过了地球，但其中一些将与之相互作用。 尺寸足够大的检测器可以注册。

第一个这样的设备建在六十年代深深在南达科他州的一个矿。 矿山里装满了40万升清洗液。 平均来说，中微子的一个粒子每天与氯原子相互作用，将其转化为氩。 负责检测器的Raymond Davis令人难以置信地提出了一种检测这些氩原子的方法，并在2002年的四十年后，为了获得这个惊人的技术专长，他被授予诺贝尔奖。

新天文学

因为中微子相互作用很弱，所以他们可以走很远的距离。 他们让我们有机会研究那些我们永远不会看到的地方。 由戴维斯发现的中性粒子是由于在太阳中心发生的核反应而形成的，并且只能因为几乎不与其他物质相互作用而离开这个令人难以置信的密集和热的地方。 甚至可以从距离地球十多万光年的距离，从一个爆炸星的中心发现一个中微子飞行。

此外，这些粒子可以观察宇宙的小尺度，远远小于日内瓦大型强子对撞机可以看到的宇宙，发现了 希格斯玻色子。 正是由于这个原因，诺贝尔委员会决定颁发诺贝尔奖以发现另一种中微子。

神秘不足

当Ray Davis观察到太阳中微子时，他发现只有三分之一的中微子数量。 大多数物理学家认为，这样做的原因是对太阳天体物理学知之甚少：也许，太阳肠的模型重新评估了其中产生的中微子的数量。 然而，多年来，即使太阳能发电模式有所改善，赤字仍然存在。 物理学家提请注意另一种可能性：问题可能与我们关于这些粒子的想法有关。 按照当时的普遍理论，他们没有一个群众。 但有些物理学家则说，事实上这些粒子是无穷小的，这个质量是缺乏的原因。

三面体颗粒

根据中微子振荡理论，自然界中有三种不同类型的中微子。 如果粒子具有质量，则随着它的移动，它可以从一种类型到另一种类型。 三种类型的电子，μ子和tau可以与物质相互作用成相应的带电粒子（电子，微子或tau等）。 “振荡”是由于量子力学。 中微子的类型不是恒定的。 随着时间的推移， 中微子开始作为一个电子的存在，可以变成一个muon，然后回来。 因此，在太阳核心部分形成的颗粒，在途中，可以定期地变成一个微子中微子，反之亦然。 由于戴维斯检测器只能检测到能够导致氯变成氩的核电子 - 中微子，所以似乎有可能失踪的中微子变成其他类型。 （事实证明，中微子在太阳内部振荡，而不是在地球上）。

加拿大实验

验证这一点的唯一方法是创建一个适用于所有三种类型的中微子的探测器。 自90年代以来，安大略皇家大学的亚瑟·麦克唐纳（Arthur MacDonald）领导了在安大略省萨德伯里的矿场进行的研究。 该装置包含加拿大政府提供的大量重水。 重水是一种稀有但天然存在的水，其中含有一个质子的氢由其含有质子和中子的较重的同位素氘代替。 加拿大政府已经储存了重水，因为它被用作核反应堆的冷却剂。 所有三种类型的中微子都可以破坏形成质子和中子的氘，然后计数中子。 与戴维斯相比，检测器记录的颗粒数量大约是颗粒数量的三倍 - 恰好是Sun最佳模型预测的数量。 这允许我们假设电子 - 中微子可以振荡到其他类型。

日本的实验

大概在同一时间，来自东京大学的高崎坂下进行了另一个显着的实验。 安装在日本矿山的探测器注意到不是来自太阳深处，而是来自大气层的上层的中微子。 在宇宙射线质子与大气的碰撞中，形成了其他颗粒（包括微子中微子）的阵雨。 在矿中，他们将氢核转化为微子。 Kajita的探测器可以观察到两个方向的粒子。 有些从上而下，来自气氛，其他人从下面移动。 颗粒数不同，表明其性质不同 - 它们在振荡周期的不同点。

科学传奇

这都是异国情调和惊人的，但为什么振荡和中微子群众吸引了如此多的关注呢？ 原因很简单 在二十世纪五十年代开发的基本粒子物理学的标准模型中，正确描述了加速器和其他实验中的所有其他观测结果，中微子必须是无质的。 发现中微子质量表明有些东西丢失了。 标准型号不完整。 缺少的元素尚未被发现 - 在大型强子对撞机或其他尚未创建的机器的帮助下。