2.中微子的种类.docx

中微子的种类

中微子质量可能只有电子的百万分之一，中微子产生于太阳内的放射性衰变过程，或者宇宙射线中.中微子是基本粒子中的成员，分为三代.

本世纪六七十年代，格拉肖、温伯格和萨拉姆三位科学家对基本粒子进行了分类，提出粒子物理学的框架是标准模型，即特质由12种基本粒子构成,它们包括6种夸克和6种轻子.夸克和轻子的大小不足原子的十亿分之一.夸克包括下、上、奇、粲、底、顶共6种.轻子分为三代，第一代包括电子、电子中微子；第二代包括μ（缪子）子和μ中微子；第三代包括τ子和τ中微子.第一代电子中微子和第二代μ中微子已分别在1956年和1962年通过实验被证实存在.1982年，费米实验室的科学家用实验支持了τ中微子存在的假设.1989年，欧洲核子研究中心科学家证实τ中微子是标准模型中的第三个，也是最后一个轻中微子.

由于中微子和电子都是一种轻子，但是中微子是电中性的，核力和电磁力都对中微子不起作用，因此实际上它与任何物质只能发生引力作用与弱相互作用.电子（同时具有引力质量和电磁质量）参与弱相互作用，但弱相互作用的主角是中微子（只具有引力质量），中微子具有波粒二象性，它的能量用hv表示.

1994年，两个“天才设计师”———加利福尼亚大学研究生维多里奥·保罗内和费米国家实验室物理学家拜伦·伦德伯格提出了建立“τ型中微子直接观测器”的构想，这一想法得到费米国家实验室的支持，并在两年后建成了观测器.

从1997年起，54位来自美国、日本、希腊和韩国的科学家在费米实验室合作探测τ中微子.他们用粒子加速器制造一股可能含有τ中微子的中微子束，然后让中微子束穿过“τ中微子直接观测器”内一个约1米长的铁板靶.这一铁板靶被两层感光乳剂夹着，感光乳剂类似于胶卷，能够“记录”粒子与铁原子核的相互作用.物理学家用3年时间从靶上的600多万个粒子轨迹中鉴定出了4个表征τ轻子存在和衰变的痕迹，这也是表明τ中微子存在的关键线索.τ轻子的痕迹被科学家拍摄下来，并在计算机中形成三维图像，其主要特征就是其轨迹里有个结，这是τ轻子在形成后迅速衰变的表现.据估算，几十万亿个τ中微子中只有1个与靶中的铁原子核相互作用并生成一个τ轻子.由此，科学家第一次找到了τ中微子存在的直接证据.

美国加利福尼亚大学物理学家菲利普·雅格尔接受记者电话采访时说，发现τ中微子存在的直接证据具有重要意义，它使科学家对物质基本粒子有个完整认识.雅格尔是“τ中微子直接观测器”的建设者之一，观测器构想提出者之一维多里奥·保罗内曾是他带的研究生.雅格尔说：“由于我们现在有能力探测到τ中微子，我们就能够设计出将物理学带到超越标准模型层次的实验.在不久的将来，将诞生更加激动人心的中微子物理学.”

1956年宇称不守恒发现后，为解释有中微子参与的弱相互作用过程，李政道、杨振宁提出了二分量中微子理论，其物理实质是假定自然界只存在左旋中微子与右旋反中微子而不存在右旋中微子与左旋反中微子.中微子这种永久纵向极化的性质之所以可能，是因为当时中微子质量被认为等于0，因而左旋中微子与右旋反中微子永远以光速运动，同时一切观察者所在的惯性系间的相对速度v都不可能超过c的缘故.假如中微子是亚光速的Dirac粒子，具有微小的质量mυ，设它在S系以速度u＜c运动，则当S`系观察者以速度v相对于S系运动，又设v平行于u且v＞u时，他将看到一个左旋中微子变成右旋中微子，一个右旋反中微子变成左旋反中微子，于是中微子不可能永久纵向极化的了，出现了宇称守恒的四分量中微子理论.即中微子的静止质量不为0与宇称不守恒的实验事实相矛盾.证明宇称不守恒的实验-钴在低温下的β衰变.倪光炯教授提出了中微子可能是超光速粒子，但这又和狭义相对论矛盾.在1957年前后，当时的确需要用光速的中微子（二分量Dirac方程）来解释宇称不守恒.后来，温伯格－萨拉姆理论建立，宇称不守恒是用左右手征旋量来体现的（电子与中微子的左右手征旋量不对称，中微子没有右手分量），不再需要“光速的中微子”，也就是中微子可以为亚光速运动，只要它没有右手分量.著名的核物理学家吴健雄教授验证了，在极化核⁶⁰Co的β衰变的实验室产生的中微子确实是一个左旋中微子.在自然界和实验中探测到中微子的自旋都与其运动方向相反，即服从左手定则，而成为左旋中微子；它的反粒子应该是右旋中微子.可是经实验证明在自然界中和实验里不存在右旋中微子.这就证明了中微子具有一定的方向性.

An.Lee认为中微子就是由正负电子结合的产物，正负电子可组成为一正一负两个自绕一组的稳定结构，也可以两对正负电子组成四个一组具有相互传递缠绕的稳定结构，还可以组成为六个一组的具有立体空间相互缠绕的稳定结构.他认为中微子的正负电子学说推导出中微子应当具有基本三种类型，这和我们实际中探测到的三种中微子（电子中微子、μ中微子和τ中微子）是完全一致的.他说中微子的正负电子学说可以通过中微子相互碰撞和正负电子零速度下飘逸实验来证实.他表示，物理学世界及其研究还要以正负电子作为基点来考虑才行.按照这个思路，具有正引力质量的中微子至少应当是三种情况，即两倍电子的质量2m_e，4m_e，6m_e.中微子的质量可能关系到宇宙平衡.宇宙中如果弥漫这种东西，而且是相对比较一致的，那么我们的宇宙就是一个均衡态的宇宙.光的传递可能是需要中微子作用的，只是我们觉察不到.笔者认为中微子是正负电子中和的引力质量部分.

在一定的条件下，这些轻子和夸克之间可以互相转化.但它们之间并不是你包含我或我包含你，而似乎是你中有我，我中有你.这反映粒子并不都是基本的.那么，在粒子世界中，是否能找出基本要素呢？根据有关事实认为：中微子和电荷是构成轻子和夸克的二大要素——中微子加上整份电荷构成了荷电轻子中微子加上分数电荷构成了夸克.中微子有三种，这是粒子分为三代的基础.这三种中微子是同一物质的三种不同状态，正如同一物质会有固态、液态、气态一样.下面就以部分粒子的衰变为例，来作一下描述.