关于中微子的理论和实验

1、 关于中微子的理论和实验1中微子假说1936年泡利提出了中微子假说，在卩衰变过程中放出中微子，解释了衰变过程中。卩粒子能量的连续性；卩衰变过程中的角动量守恒。2中微子的基本性质：电荷：中性粒子；质量：m7.3eV(1992年)；V自旋：S=12，服从费米统计；V磁矩：尚未测到，实验估计不超过10-6卩N;N弱相互作用：中微子在普通物质中平均自由程达/015Km，即使穿过地球(直径L3X104Km)，作用概率仅10-11。与质子的作用截面为，.10土0.26)xHem2。exp3实验证明中微子的存在间接证明中微子的存在：1942年，王淦昌提出7Be的轨道电子俘获7Be+e+T7Li+v衰变能E=

2、0.86MeV430；Li的反冲能为单值，反冲能Er=56.3eV。同年j.s.Allen进行了实验，1952年R.Davis改进了实验，实验结果为Er=纟5.9土Lv。R实验的直接证明：丫、利用中子衰变nP+e-+v的逆过程v+Pn+e+。变成测量中子的辐射俘获6,丫丿的特征Y射线和正电子引起的能量为.511MeV的两个湮没辐射的测量，即n+113Cd114Cd+ye+e-(水中)y+y这些y射线在探测器产生的信号，从能量特征和时间特征表明只有中子和正电子共同产生，证实了V的存在。作用截面为，.10土.26)X10-43cm2。exP这将在本课的最后作为典型的实验事例分析。实验由C.L.Co

3、wan和F.Reines从1953年开始，直到1(3)37Ar959年才得到满意的结果。1995年F.Reines获诺贝尔物理奖。中微子与反中微子不同：核的k俘获：37Ar+ek37Cl+VK的逆过程但对反中微子过程4中微子的三种类型(1)电子中微子V,Vee核卩衰变时伴随正电子、电子一起产生的。v+37Cl37Ar+e-可以用人工的方法实现。v+37Cl37Ar+e-发生的概率小得多。(2)卩子中微子V,V在兀介子和K介子衰变时伴随卩子一起产生的兀+卩+V，K+V兀-+VK-+V卩子的性质与电子十分相似，只是质量为电子的207倍，又称重电子。V和V不同，它们对质子的反应，具有不同的反应产物：

4、A+pTn+e+e+pTn+A（3）T子中微子V,VTT1975年发现一种比卩子更重的“重电子”，称为T子，其质量为电子的3477倍。与T子相联系的T子中微子V,，尚待实验证实。TT电子、卩子、T子及相应的中微子都称为轻子，按序分为第一代轻子（V）;第二代轻子（）eA和第三代轻子（T，V）。T5中微子的质量中微子呈电中性、几乎没有质量，几乎不与物质相互作用。它们从太阳、从宇宙射线的相互作用中、从超新星和其它剧烈运动的天体物理活动中产生。像下雨一般倾泻到地球上，无数的中微子时时刻刻在穿透地球和我们的身体。（1）中微子是否具有静止质量在物理学上的价值中微子是否具有质量成为当前物理学家的极为关注的焦

5、点之一。首先，目前已发现的物质总量不足以解释天文学家观测到的许多情况，例如银河系旋转的速度。中微子如果具有质量，很可能就是所找的“暗物质”。同时还将改写现代物理中至少两条定律，即标准模型和太阳如何发光的模型。粒子物理的标准模型就是电弱统一理论和描述夸克之间强相互作用的量子色动力学的合称。标准模型描述了各种各样的亚原子粒子，包括组成物质的各基本部分的电子、中微子和夸克的活动，它在预测实验结果方面非常成功。但是量子理论指出，如果中微子有质量，不管质量多小，标准模型都不再成立。而促进“大统一理论”的发展，大统一理论即把电弱作用和强作用统一起来的大统一理论，大统一理论有许多类型，但都没有得到实验的证实

6、。另一个问题是太阳中微子的丢失。物理学家根据目前的太阳模型可计算出会有多少太阳中微子到达地球，但实际测到的数量仅是预测的1312。而目前中微子探测装置中，只有V和V能被探测器测到，是否e卩存在中微子在三种存在方式之间的转换，即其中部分V在到达地球以前已转换成不可探测的V。这称之为AT中微子振荡。中微子只有在有质量的前提下才能发生中微子振荡。A中微子的振荡实际上已在Super-Kamiokande实验室中被探测到。位于日本东京以西200公里的Super-Kamiokande实验室在900米深的锌矿井内，探测器由一个高40米，直径37米的巨大的不锈钢容器组成。容器内注满4700升纯净水，并布满了1

7、1146个光放大器。当一个电子中微子在探测器内发生碰撞，产生一个电子。一个M中微子碰撞产生一个A介子。它们在水中的速度大于光在水中的速度而发出一种切伦可夫光而被光子探测器探测，且能区分哪些是由V造成的，哪些是由V造成的。但由于中微子与物质相互作用的截面eA非常小，很难被探测，必须做成非常大的探测器。同时为尽量降低本底计数，测量装置放在很深的山中或湖水的地下。当把这些在探测器中发生的碰撞统计出来时，就会发现A中微子的数量明显不足。由此而来的结论是，有大量的A中微子转变成了探测器探测不到的T中微子。他们曾宣称：“我们拥有了A中微子振荡的充分的证据。”更多的证据可能来自加拿大正在建设中的中微子探测器

8、，该探测器是用来探测来自太阳和超新星的中微子的，探测器将装满1000吨的重水。氘原子可以同电子中微子、A中微子、T中微子所有的三种中微子相互作用。他们提供的结果可能使人们更深入地了解宇宙。（2）由0谱测量中微子的质量当中微子质量不为零时，0跃迁概率公式由（3222）变为I二兰M1fG它的居里描绘形式为E丸E)m2C4】2dp000Vm2c4LV02兀3C37此时，当卩粒子能量接近E0时，居里描绘不再为直线，与E轴交于E二E二Emc2m0v这里，E为谱的最大能量。因此，当中微子质量不同时，在接近E0处，居里描绘会有不同形状。由实验测定的I丿值作居里描绘，用不同的m值拟合实验结果，得到的最佳拟合值即中微子的质量。v1980年，前苏联的V.A.Lubimov，用磁谱仪测量氚的卩谱，确定m=34土4eV。最新结果为vm7.3eV(1992年)；v主要文献：K.C.Wang,Phys.,61,7,(1942);R.Davis,Phys.Rev.,86,976,(1952);C.J.C