[2011.06.23] 中微子：给力的德尔塔

中微子

给力的德尔塔

中微子的研究或许能够解释为什么世界是由物质，而非反物质构成的。
081 Science and technology - Neutrinos.mp3

Jun 23rd 2011 | from the print edition

即使从粒子物理学的高标准来看，中微子也是怪异的东西。它们以接近光速运动，不带电荷，几乎没有质量，而且很难与其他物质发生反应。在每秒钟时间里，会有数十亿中微子穿过每平方厘米地球表面，而不会引起任何震动，这令它们很难被发现。澳大利亚物理学家沃尔夫冈•泡利曾在1930年预言了中微子的存在，但他以一箱香槟酒作为赌注，担保没有人能观测到中微子。在1956年他赌输了，自那以后，中微子（目前已知有三种完全不同种类的中微子）让研究人员们得以窥探恒星内部、研究爆发星和洞悉宇宙遥远的过去。

日本最近有个例子能够证明中微子的怪异。使用超级神冈探测器的研究人员认为他们观测到的东西以一种前所未有的方式改变了它们的根本属性。他们还不完全确定，毕竟他们的结果有0.7%的可能性是侥幸获得的。但是如果这个结果被证实，它将有助于解开宇宙最大的奥秘——为什么宇宙由物质构成。

超级神冈探测器的核心是一个位于废弃的锌矿坑中的水池，这个水池（见上）装有50000吨水。当一个中微子与一个水分子相互作用，另一个粒子就产生了。所谓的电子中微子产生电子，缪子中微子产生更大的和不稳定的粒子，称为缪子。（试验中并未涉及第三种中微子——陶子中微子。）这些产生的粒子当时产生探测器能够识别的光图样。

就这个被称作T2K的特别实验来说，其观测到的中微子来自295公里外的另一个实验室——日本质子加速器设施（J-PARC）。这些中微子在一个特别的加速器中产生，发射后穿过山脉到达水池（看图表）。日本质子加速器制造中微子的方法是以中子轰击石墨棒从而大量制造出缪子中微子。T2K实验的目的是看当它们到达超级神冈探测器的时候，是否仍然是缪子中微子。如果理论正确，一些缪子中微子在旅途之中将变成电子中微子。

6月15日，T2K实验检测到六个电子中微子。如果中微子“变身”的震荡没有发生，就只能检测到一到两个。六个并不足以确保震荡发生，但是它表明震荡很可能发生了。

这一点之所以很重要，是因为一个叫做delta的数值。delta是物理学家提出的震荡公式的一个参数，而且至关重要的是，它也被主要用来对在物质和反物质之间假定存在的不对称性（这种不对称性使物质在大爆炸后成为宇宙的显著特征）进行描述。目前，T2K实验没有试图直接测量德尔塔（delta），而新结果得到证实的话，应该可以得出德尔塔（delta）的数值。这对于物理学家来说是一件大事。

由于日本质子加速器在三月份的地震中损坏，被迫中止的T2K实验要等到12月份才能重启。即使没有很快得到所需的东西，但是许多其他实验可以让我们如愿以偿。明尼苏达州的NOvA探测器不久将得到来自美国重要的粒子物理机构——费米实验室（它坐落在芝加哥附近地区）的中微子。法国、香港和韩国的中微子探测器（它们捕获的中微子来自核反应堆）也都投入使用或不久将投入使用。并且在意大利格朗萨索的一个山洞中（亚平宁山脉的最高区域）进行的一项实验，正在关注另一种震荡——缪子中微子和陶子中微子之间的震荡。

在这之后，对德尔塔（delta）的探求将郑重地拉开大幕——测定德尔塔（delta）之后，就要探求由物质构成宇宙的原因了。物质/反物质的问题曾让物理学家数十年来百思不得其解，如今这个问题可能会有答案了。

本文由译者 tchch143 提供 点击此处阅读双语版