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全球距离最远的中微子实验在美国启动

科学家首次探测到“中微子震荡” 捕获μ子转变为τ子的直接证据

科技日报讯 全球距离最远的中微子实验近日在美国启动,旨在研究自然界中最飘忽的亚原子粒子之一——中微子,研究结论或许有助于我们更好地解释宇宙形成的奥秘。

据英国《新科学家》(New Scientist)网站6月2日报道,科学家宣布,他们已经探测到一个中微子粒子的“华丽变身”——由μ子中微子变身为τ子中微子。欧洲核子研究中心的物理学家表示,该发现将有助于更好地解释宇宙形成的奥秘。

这台名为“Nova”的设备由两台相距800公里的大型探测器组成,将生成世界上功能最强大的中微子束。科学家们认为,更好地理解中微子,将有助于我们进一步厘清宇宙的形成和演化进程。

中微子是宇宙中非常重要的基本粒子,它独有的物理特性一直深深吸引着科学家。中微子总共有三种类型:τ子中微子、μ子中微子和电子中微子。理论推测,它们会随着周围环境或由自身触发在这三种类型间不断转化,这也被称为“中微子震荡”。

中微子可能由大爆炸产生,在太阳和人体内形成,科学家们认为,每秒约有100万亿个中微子通过人体,不过,对我们并没有伤害。由于中微子的运动速度很快且体型很小,科学家们很难探测到其行踪,从而对其进行仔细地研究。

科学家一直在寻找中微子相互转变的直接证据。2006年,CERN开始向地球的另一点——位于意大利境内的格兰—萨索实验室发射μ子中微子束。此次实验中,中微子束穿越地球所经过的距离达730千米。

加州大学圣克鲁兹分校的斯蒂芬:里茨解释到,在所有已知粒子中,中微子是最古怪的,总共有三种类型的中微子:τ子中微子、μ子中微子和电子中微子,理论推测,它们会随周围环境或由自身触发在三种类型间不断转化,这被称为“中微子震荡”,但为何会震荡,还是个未解之谜。

科学家预测,当这些被发射出去的中微子到达格兰—萨索实验室时,其中一些μ子将转变为τ子。格兰—萨索实验室安装在地下的中微子监测仪届时就会收集到有关的数据,从而确定μ子是否真的转变成了τ子。

Nova的两台粒子探测器建在中微子束从位于伊利诺伊州巴达维亚的费米国家实验室到明尼苏达州北部的旅途中。据英国《每日邮报》网站10月14日报道,一台重达300吨的探测器安装在地下实验室内,会在中微子以接近光速的地球之旅中,对其进行观察;另一台重达14000吨的探测器则会在中微子长达800公里的旅途中将其捕获,使科学家们分析其在长距离旅行中的变化。

格兰—萨索实验室的研究人员表示,经过3年多的监测,他们终于观测到了μ子中微子中的1个已经变成了τ子中微子。

在接下来的6年时间里,费米国家实验室将以中微子束的形式,朝着这两台探测器,每秒发送数万亿中微子。科学家们认为,这两台探测器,每天或许只能捕获很少的中微子,因为中微子性格孤僻,几乎不与物质相互作用。科学家们有望从这些数据中获得更多与中微子为何会发生震荡以及如何震荡的线索。

科学家表示,这是首次找到中微子震荡的直接证据,其意义十分重大,将有助于解释为什么中微子从太阳到达地球时的数量要明显小于粒子物理学标准模型计算出来的数量。

这两台探测器都由PVC制成,其间都充满了一种会闪烁的液体,当中微子同这种液体相互作用时,这种液体会发光。随后,光纤光缆会将发出的光传输给计算机,计算机会绘制出相互作用的3D图像供科学家们分析。科学家们也将探测这三种中微子的质量并找出最重的。

总结多年实验事实而发展起来的粒子物理的标准模型认为,中微子的质量为零,在相互作用中轻子数守恒,中微子不会从一种类型变成另一种类型。

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