中微子

轻子的一种

中微子是一种电中性的基本粒子，通过弱相互作用和引力与其它物质发生相互作用，其中弱相互作用力程很短。中微子质量极小，历史上很长一段时间内人们认为中微子质量为零。由于中微子的上述性质，中微子与其它物质的相互作用很小，通常可以几乎不受阻碍地通过正常物质，因此很难被检测到。中微子是费米子，自旋是1/2。到目前为止，还没有实验表明中微子具有非零磁矩。中微子通常用希腊字母ν表示。

研究历史

泡利的猜想

。与泡利不同，尼尔斯·玻尔(Niels Bohr, ˈne̝ls ˈpoɐ̯ˀ)提出了守恒定律的统计版本来解释衰变中观察到的连续谱。

（1）

。

直接探测

。1956年，小克莱德·洛林·考恩(Clyde Lorrain Cowan)弗雷德里克·赖因斯(Frederick Reines)等人发表了他们探测到中微子的实验，这项工作获得了1995年诺贝尔物理学奖。

（2）

。

中微子的味

，这个成果获得了1988年诺贝尔物理学奖。

。

太阳中微子问题

中微子振荡

。超级神冈探测器用水作为探测手段，因此对三种味的中微子都能很精确的探测。实验过程中发生的时弹性中微子-电子散射

（3）

近现代研究

1998年，日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象。日本梶田隆章获2015年诺贝尔奖。1998年以后，一系列令人信服的中微子振荡实验表明中微子具有微小的静止质量，而且轻子的味混合效应很大。这是唯一具有坚实实验证据、超越标准模型的新物理现象。携带微小质量的中微子既可以是狄拉克粒子，也可能是马约拉纳粒子，后者的反粒子即其自身。倘若中微子的确是马约拉纳粒子，则无中微子的双β衰变就能够发生，但实验上尚未观测到这类轻子数破坏的稀有过程。

2000年，美国费米实验室宣布τ中微子存在这一重大成果。

2001年，加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。最早提出建设思路的是华裔物理学家陈华生博士Herbert H. Chen（美国普林斯顿大学理论物理博士学位，加州大学欧文分校物理学家）。加拿大阿瑟·麦克唐纳获2015年诺贝尔奖。

2002年，日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡。

2003年，日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡。

2006年，美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡。

2007年，美国费米实验室MiniBooNE实验否定了LSND实验的结果。

2012年3月8日，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”。

理论

性质

。中微子是轻子，且是电中性的，因此它们只有弱相互作用和引力相互作用。由于中微子的质量不为零，因此在理论上允许中微子存在磁相互作用呢。但是到目前为止，还没有实验表明中微子存在非零磁矩。

e、μ子中微子νμ、τ子中微子ντ在若相互作用中三种味的中微子与其对应的轻子关联

。根据宇宙学测量，计算出三个中微子质量之和必须小于电子的百万分之一

中微子振荡

理论

（4）

（5）

子中微子的态演化到

（6）

子中微子的概率是

（7）

的相对论性粒子的能量是。代入（7），得到（8）

中微子质量测量

，那么这三个质量平方差只有两个是独立的。基于中微子振荡理论，我们可以通过测量中微子震荡的概率来测量上述的质量平方差，但是直到目前位置测量单个中微子质量仍然是很难的

MNS矩阵

（9）

必须是相互正交的，考虑幺正性要求，MNS矩阵可以近似用三个角度和一个相因子

（10）

弱相互作用-

弱相互作用的媒介粒子是或和。这些传递相互作用的玻色子都是很重的，实验中测得其质量

（11）

对于自旋为1的有质量粒子有三种不同的极化 (-1,0,1) ，而无质量的粒子（如光子）只有两个。因此，对W 和 Z ，我们只需对其施加洛伦兹条件

（12）

自旋为 1 的有质量的的玻色子可以用克莱因-戈登场来描述，传播子是

（13）

表示任意类型的轻子，是味与之对应的中微子或反中微子

来源

核反应堆

(14)

加速器

对撞机

地质学

238U,232Th,40K同位素会发生发射反中微子的衰变，这可以为我们提供丰富的有关地球内部的信息

大气

太阳与恒星

宇宙大爆炸

在宇宙大爆炸的最初一瞬间，它与光子是原初宇宙的基本构成粒子，光子占宇宙能量密度的28%，中微子则占72%；到宇宙大爆炸38万年之时，中微子在宇宙能量密度中的比例仍达10%。后来，它的份额已不到1%。但是，不要忽视这不足1%的份额，在宇宙空间中，由原子构成的物质世界也只占不到5%，其余95%以上都属于暗物质与暗能量，中微子就是暗物质的一种。

超新星爆发

恒星演化晚期，恒星核心部分通过逐级热核反应，一直进行到合成铁，此时核燃料用尽，核反应变缓直至中止，强大的引力使原子核的中子化过程加剧，而放射出大量中微子。强大的中微子束会产生足够大的压力，将恒星外壳吹散而形成猛烈的超新星爆发，并在爆发的最初几秒钟内产生中微子暴，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。这类中微子的能量基本上在几十兆电子伏量级。

高能中微子源

宇宙中的一些高能天体可产生高能中微子，如活动星系核、宇宙距离的γ射线暴等。理论尚不能清楚地解释能量高到银河系的尺度容不下的宇宙线是如何产生和加速的，而把宇宙线核子加速到很高能量，必定会因π、μ的中微子过程而产生高能中微子。能量在几百亿电子伏以上的高能中微子的源将直接与非常高能的宇宙线的源相关联。

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