神秘幽灵粒子待科学家揭开面纱

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【大纪元8月30日讯】(大纪元记者李紫云编译报导)中微子(neutrinos)是不带电的基本粒子,在我们的空间中和宇宙中无处不在,它可由太阳内部的核融合反应产生,或由我们人类的核反应器和加速器中制造出来。至今中微子的神秘面纱仍让许多科学家着迷。

今年暑假在宾州州立大学举行的美国化学学会会议,来自美国布鲁克黑文(Brookhaven)国家实验室的高级化学家理查德‧哈恩(Richard L. Hahn)在会中讨论中微子的神秘性质和两个实验计划。

该国家实验室研究中微子的历史可以追溯至70年代初期,科学家雷伊‧戴维斯(Ray Davis)在南达科他州的金矿中展开中微子的侦测实验,他们发现由太阳所产生的电子中微子数量远比标准模型理论中所预测的来得少。借此戴维斯和日本的小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)与美国的里卡多‧贾科尼(Riccardo Giacconi)三人共同获得2002年物理学诺贝尔奖的殊荣。

同年,哈恩和及其研究团队一起在加拿大安大略省的萨德伯里(Sudbury)中微子观测站,解决了戴维斯所谓的“太阳中微子问题”,确立了中微子在从太阳到地球间以三种不同类型的相互“震荡”。因此,戴维斯所观察到的电子中微子,只是中微子到达地球总数的一小部分,其余的转换成μ中微子或τ中微子,也就是在戴维斯原来的实验中没有被发现的。

中微子的三种类型分别是:第一代的电子中微子(electron neutrinos)、第二代的μ中微子(muon neutrinos)和第三代的τ中微子(tau neutrinos);每种类型也伴随有反物质型态,也就是反中微子(antineutrino)。在β-衰变过程中,中子和质子(protons)互相转变时会产生电子中微子或反中微子。

现在世界各地的研究人员都将目光投向中微子研究领域两个新的推动力,一个是在中国广东大亚湾核电站,另一个是加拿大安大略省萨德伯里中微子观测站。

哈恩说:“在这些实验中,我们想要问的是一个很基本的问题:我们如何能够更好地了解中微子的性质?”

目前研究人员已清楚的了解两个中微子相互震荡的特征,但他们仍然不知道与第三代τ中微子震荡的细节。在大亚湾实验中,来至美国、中国、香港、台湾、俄罗斯和捷克共和国的研究人员相互合作,目标是衡量第三个振荡的一个重要参数,就是混合角θ 13(发音为西塔一三)。

哈恩说:“为了了解中微子的混合和振荡,我们必须知道这未知的混合角度,据我们所知这角度是很小的。”

为了决定这个角度,研究人员将使用八个80吨的探测器注视着核反应器产生的反中微子。每个探测器里面是一种金属和有机液体的混合物,当中微子通过金属-有机液体混合物时,将会产生闪光。他们在距离反应器的不同距离侦测讯号,来绘制反中微子的两种型态间的振荡模式。

另外,在萨德伯里中微子观测站的实验计划中,哈恩和他的研究小组研发出一种金属-有机液体混合物来侦测中微子。他们使用原来的一个超大圆底瓶容器,容器的大小有10层大楼高,它被形容为世界上最大的圆底瓶,它被放置在一个矿坑的6800英尺地底下。

萨德伯里中微子观测站实验计划中的一个研究主题是双β-衰变(double-beta decay),这是一个罕见的放射性衰变模式,也就是两个中子转变为质子,并释放出两个电子和两个中微子。实验的一个主要目标将搜索没有释放出中微子的双β-衰变,这模式是从来没有发现过的。

如果实验能够成功,哈恩表示“这将显示中微子自己就是反粒子”。但他补充说:“目前的证据显示中微子是来至不同的反中微子,但是某些理论学家的预测认为他们其实是相同的粒子。所以判别这些理论是否正确是很重要的。”

哈恩说:“在宇宙大爆炸后应该有同等数量的物质和反物质。但是,今天只是物质主宰我们的地球,所以这可以解释当我们相互握手时,为何我们不会消灭对方。如果中微子产生成自己的反粒子,这可能帮助我们了解更多关于上述不平衡现象。”

关于这个不平衡现象,哈恩继续解释说:“这个实验要问的关键问题是:为何我们在宇宙的一个角落中存在,只有物质而没有反物质?”
(http://www.dajiyuan.com)

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