中微子的中微子天文学

frag86@126.com

中微子的中微子天文学

ghj88

中微子天文学天体物理学的一个分支﹐主要研究恒星上可能发生的中微子过程以及这些过程对恒星的结构和演化的作用盾女你论。中微子是一种不带电﹑静止质量极小的基本粒子。早在研究原子核的β衰变时就从理论上预见到中微子的存在﹐但直到1956年才在实验中观察到。中微子和一般物质的相互作用非常微弱﹐除某些特殊情况外，在恒星内部产生的中微子能够不受阻碍地跑出恒星表面﹐因此﹐对恒星发射的中微子进行探测﹐可以获得有关恒星内部的信息。
太阳中微子实验
太阳每秒放出的总辐射能为 3.86×10尔格。其中绝大部分的能量由质子－质子反应产生﹐很小一部分由碳氮循环产生。这些反应中有许多分支反应过程是产生中微子的﹐中微子在地球表面处集告她除的通量是很大的。中微子具有很大的穿透本领﹐一般很难测量。美国布鲁克黑文实验室的戴维斯等人在深矿井中进行了太阳中微子的实验。实验中用大体积的四氯化二碳作靶﹐利用Cl俘获中微子的反应﹕+Cl→e +Ar﹐来探测太阳中微子。从1955年以来﹐他们所得的结果是﹕
产生过程
在恒星演化的早期和中期﹐中微子的作用很小。到恒星演化的晚期﹐中微子的作用就变得重要了。这时﹐产生中微子的过程主要有以下几种：
第一种是尤卡过程。其反应为：
(Z﹐A )→(Z +1﹐A )+e +﹐
e +(Z +1﹐A )→(Z﹐A )+。
尤卡过程的总效果﹐是将电子的动能不断地转化洲养延封为中微子对而放出。式中Z 为原子序数(质子数)﹐A 为质量数(核子数)﹐e 为电子﹐为电子中微子﹐为反电子中微子。
第二种是中微子轫致辐射手路会宪卷区茶州众。隆捷科沃于1959年首先进行研究。电子与原子核(Z﹐A )碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为：
列e +(Z +1﹐A 死深云法宜原曾余英劳烧)→e +(Z﹐A )++。
第三种是光生中微子过程。丘宏义和斯塔贝尔曾在1961年首先进行研究。γ光子与电子碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为：
γ+e →e ++。
第四种是电子对湮没中微子过程。丘宏义和莫里森于1960年首先进行研究。正﹑负电子对湮没为中微子对﹐其反应为：
e +e →+。
式中e 为正电子。
第五种是等离子体激元衰变中微子过程。J.B.亚当斯等人呀明角年称于1963年进行研究。等离子体激元可以按如下的反应衰变为中微子对：
→+。
第二﹑三﹑四﹑五种过程是根据1958年范曼和格尔曼提出的普适弱相互作用导出的。弱电统一理论提出后﹐又出现了许多新的中微子过程﹐例蒸如上述第三﹑四﹑五种过程右方的+都可推广为+﹐+等。
作用
在恒星演化的晚期﹐中微子的作用有﹕发射中微子﹐带走了大量的能量﹐加快了恒星演化的进程和缩短了恒星演化的时标﹔对超新星爆发和中子星形成可能起关键作用。例如﹐有一种唱席呀衡看法认为﹕在一个高度演化的恒星布内部﹐通过逐级热核反应﹐一直进行到合成铁。进一步的引力坍缩，将使恒星核心部分产生强烈的中子化﹐而放射出大量中微子。由于中性流弱作用的相干性﹐铁原子核对中微子有较大的散射截面。因此﹐强大的中微子束会对富含铁原子核的外壳产生足载胶手互够大的压力﹐将外壳吹散而形成猛烈的超新星爆发。被吹散的外壳形成星云状的超新星遗迹﹐中子化的核心留下来形成中子星。
恒星离我们十分遥远﹐以目前的探测技术还无法接收到它们发射的中微子流。只在超新星爆发使中微子发射剧增时﹐才有可能探测到。除了恒星以外﹐在类星体﹑激扰星系以及宇宙学研究对象中﹐也存在许多有关中微子过程的问题。
中微子实验
中微子是当前粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉前沿学科，本身性质也有大量谜团尚未解开。在这一领域，大部分成绩均为日本和美国取得。1942年，中国科学家王淦昌提出利用轨道电子俘获检测中微子的可行方案，美国人艾伦成功地用这种方法证明了中微子的存在。80年代，中国原子能科学研究院进行了中微子静止质量的测量，证明电子反中微子的静止质量在30电子伏特以下。
中微子振荡研究的下一步发展，首先必须利用核反应堆精确测量中微子混合角theta13。位于中国深圳的大亚湾核电站具有得天独厚的地理条件，是世界上进行这一测量的最佳地点。由中国科学院高能物理研究所领导的大亚湾反应堆中微子实验于2006年正式启动，联合了国内十多家研究所和大学，美国十多家国家实验室和大学，以及中国香港、中国台湾、俄罗斯、捷克的研究机构。实验总投资约3亿元人民币，2011年建成。它的建成运行将使中国在中微子研究中占据重要的国际地位。
中微子具有质量，这是很早就提出过的物理概念。但是人类对于中微子的性质的研究还是非常有限的。我们至今不是非常确定地知道：几种中微子是同一种实物粒子的不同表现，还是不同性质的几种物质粒子，或者是同一种粒子组成的差别相当微小的具有不同质量的粒子。随着人类认识的深化，科学技术的发展，中微子之谜终究是会被攻破的。
此次研究的中微子束源自位于日内瓦的欧洲核子研究中心，接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所。粒子束的发射方和接收方之间有着730公里的距离，研究者让粒子束以近光速运行，并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度。中微子束在两地之间的地下管道中穿梭。
但物理学家们认为，一旦这些粒子确实被证实跑过了光速，将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法，甚至改变人类存在的模式。有分析人士认为，可能宇宙中的确还存在其他未知维度，中微子抄了其他维度的“近路”，才“跑”得比光快。现在此结论还有待进一步证实。
大亚湾发现新中微子振荡
大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中科院高能物理研究所所长王贻芳8日在北京宣布，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。该发现被认为是对物质世界基本规律的一项新的认识，对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用，并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”。
上海交通大学物理系主任、粒子物理宇宙学研究所所长季向东这样阐释这项研究的意义：“大亚湾实验发现了电子中微子震荡的新模式，这种模式的发现对了解为什么在物质远远多于反物质，对解释太阳系中元素的丰度有极其重要的作用。在我们所观察到的宇宙中，物质占主要地位，但为什么如此，到现在还没有一个合理的解释，大亚湾实验的结果打开了一扇大门。”
另据王贻芳透露，2002年，两名美日科学家因发现大气中微子振荡、太阳中微子振荡获得了当年的诺贝尔物理学奖，但第三种振荡一直未被发现。9年前，中科院高能所研究人员提出设想，利用大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，来寻找中微子的第三种振荡。“2003年左右，国际上先后有7个国家提出了8个实验方案，最终有3个进入建设阶段，这就包括咱们的大亚湾核电站。”王贻芳称，为抢在竞争对手之前获得物理结果，科研人员将实验分为两个阶段，此次结果便来自第一阶段的数据。