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捉摸不定却又无处不在的粒子──微中子(二)

Sep19
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捉摸不定却又无处不在的粒子──微中子(二)

1930年,工具学者包立关键在于化解贝他衰变里热量不守恒的困难,幻想一项监测没到的新颗粒;该观念进而引发了本体论工具学者费米的爱好……本系列的前一个篇:捉摸徘徊却又安找不到的物体──微中子(一)

费米的理论:可以凭空创造或消灭的微中子

费米使用当然部分人的的猜想,假如说氧原子结构核由质子和(赶快前才刚发掘的)中子组合;至於贝他衰变里的電子、和包立假设的微中子,原先并不诞生于氧原子结构核内,更是在中子变为成质子的时候中连同诞生;换言之,贝他衰变涉及到到内容如下作用:中子 → 质子+电子器材+(反)微中子[1]费米定义通电的离子够拉出光量子的现像,让本体论形容的离子行无故造就或击落!这在之前是很突破点性的举例,也我觉《自然的》的添加图片指出文献资料充满着臆测而撤销期刊投稿。 贝他衰变原先被认为仅放出电子(图左上),后来在费米的理论里,描述为中子衰变为质子,再加上电子和反微中子(图右下)。(图片来源)

理论上什么都穿得透!微中子真的有办法观测吗?

虽说包立的提议和费米的系统理论虽然可不可以更好定义贝他衰变分享的一些问题,但一定微中子不能被探测到,全部都要半空中小阁楼间,这件事相等于不能克服。科学技术家刚开始思想,有不能能够用实验设计关系证明微中子的存有。1934 年,贝特[2]和佩尔斯[3]估计了侦测微中子的要能性。较之于阿尔法塑料再生颗粒(氦氧原子核)单用一副纸就能挡下,贝他塑料再生颗粒(电子为了满足电子时代发展的需求,)要装几公厘厚的铝片方可遮蔽,伽马放射线恐怕必须 装到一cm厚的铅、或六cm厚的混凝土垫块土,方可缩减约 50% 的抗压强度;夫妻却发现了微中子无不在一样性的固体颗粒内向前十的第十六次方km/h(1016km)[4],约莫海王星到太阳光距里的 220 万倍,即两千光年!这样的强的可穿透性,毫无疑问未所有的实验性实验室仪器要能获取。贝特和佩尔斯相当于下了断论:未所有的现实的可实施的最好的办法观察到微中子! 三种不同的主要衰变,其穿透力各有不同。(图片来源)

微中子观测计画:以买乐透的精神进行!

正并非法是人想粗来的,就是微中子可以说可以毫不的阻碍重生任意弹簧测力计,但只需有够多的微中子,总还充分会听到微中子跟的物质会出现表现──比如大乐透即使很容易中大奖,但只需多买几个,或多或者少还会中。

1951 年,曾在曼哈顿计画、费曼[5]的小组里工作的莱因斯[6],找了洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的同事科温[7]一起进行微中子观测计画。起初,他们想在距离核子试爆点仅🍌四十公尺的地方,向下挖掘深井放置探测器,利用试爆产生的大量微中子来提高侦测机率。但是,考虑到爆炸只有短短一两秒,一旦失败就得重新等待机会;来自中子和伽马射线的背景杂讯又相当高,反而增加收集数据的难度。

两人最后决定改在核子反应炉附近进行研究:微中子的数🌟目虽然比核爆少很多,但来源持续稳定──估计每小时♌只能侦测到数个微中子反应事例,但只要等上几个月、累积多一点数据,也足够了。

莱因斯和科温原本想在离核爆点仅四十公尺的地方挖洞,进行微中子侦测实验。(图片来源)

利用核电厂寻找微中子

1955 年底,莱因斯和科温在南卡罗莱纳州萨凡纳河区(Savannah River Site)的核子反应炉附近设置了实验仪器。他们将氯化镉(CdCl₂)溶解于 1400 公升的水里,在此处理论上每平方公分的水面面积大约每秒就有十兆(十万亿,或1013)个反微中子通过。而如果有反微中子经过,水里的质子和反微中子作用后,会产生正电子中子(逆贝他衰变):

反微中子+质子 → 正微电子+中子正智能会立刻跟河里的智能湮灭,拉出好几个伽马Xx射线电子束;而中子在接掉了来百来万分之五秒内就会被镉氧分子核截获,也有伽马Xx射线。于是乎,检测探测系统器如在很短的精力内不间断看得见红杠不同于的亮光数据信号──就表述监测到(反)微中子了。 反微中子和水里的质子作用产生逆贝他衰变,生成的正电子和中子随后也会分别因为湮灭和捕获作用而放出光子。(图片来源)

包立,你赌输了!

1956 年,莱因斯和科温在完成一切印证最后,发布电报给也正在澳洲核子钻研集体(CERN)例会的包立,确认微中子的找到。包立就看电报,马上断掉会仪、性奋向的人朗诵电报信息内容高并发表感言。一方面这样一来,如果包立曾跟天文生理学家巴德[8]打赌,地球不可能侦测没法微中子──这事他只是愿赌服输,买过一盒香槟送巴德。二三十九年底,莱因斯正是由于微中子的转型,获颁诺贝尔机械学奖;科温则正是由于英年早逝,就擦肩而过了参与进来这别具含义的一瞬间。跟随微中子被查证,贝他衰变造成 的悬疑总算应该放低──比如这件事怎么转型就太无趣了。

第二种微中子

1962 年,莱德曼[9]、施瓦茨[10]、施泰因贝格尔[11]等人从美国布鲁克赫文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的粒子加速器,利用 π介子衰变产出微中子束,并确认其与 1956 年发现的微中子有别:贝他衰变里的微中子,总是伴随着正负电子;而莱德曼等人发现的微中子,却是在另一种粒子──缈子相关反应中出现;所以后来两者分别被称为电子微中子和缈子微中子。

是根据莱德曼、施瓦茨、施泰因贝格尔产制微中子束的 ... ,够有所帮助科学探析家比较好地探析微中子牵连到的弱通讯目的;也是根据顾客看见新的微中子,让后世十分了解一下多种有所不同微中子和電子╱缈子的匹配感情;二人于 1988 年获颁诺贝尔物理上的学奖。 π介子的主要衰变产生反缈子以及和缈子对应的微中子――缈子微中子。(图片来源)

比缈子更重的新粒子

当缈子在 1930 年被察觉完后,他们花了数百年的日子才渐渐的熟知,缈子的材质和电子厂相当非常接近(不过线质量比较大)──她们跟二者微中子就这样都被归纳为「轻子」(Lepton)。是別人检查,会就不会有比缈子更重的轻子呢?

1971 年,中国台湾省出生的美国籍科学家、史丹福大学教授蔡永赐(Yung-su Tsai)发表论文,探讨更重的轻子在实验中可能引发的效应──这导致了接下来 1974 到 1977 年的一系列实验,以及涛子(Tau)的发现。ᩚᩚᩚᩚᩚᩚ⁤⁤⁤⁤ᩚ⁤⁤⁤⁤ᩚ⁤⁤⁤⁤ᩚ𒀱ᩚᩚᩚ涛子的发现者佩尔[12]因此和发现微中子的莱因🦹斯共享了 1995 年的诺贝尔物理学奖。

那么既然电商和缈子有着相同的微中子,涛子须得就要除外──大环节人也是这样认为的。其实到了很多年,知道 2000 年,涛子微中子才已经被知道。公司现今的阿尔法粒子热学标准单位规范建模,轻子主要包括三种家族式,都由通电的电子器件、缈子、涛子三者之间,和相关的的(电弱酸性)微中子包含。是由于有较强的内容显视,微中子的性能算不以零,也迟早非常小,之所以标准单位规范建模一直把微中子性能算作零,也沒有微中子的性能由来体系。古事背景到此终止什么时间?一次看变得功德园满:和智能电子、缈子、涛子特定的微中子都看到了,越来越多更多;它在细则型号的系统论体系型式里都要十分的地段,有时细则型号经营得很完美。怎知,越来越快地,微中子又将感悟到物理上的理论界大震惊,细则型号也遭遇型式优化。那就是下一些古事背景了。 目前标准模型里,轻子分成三个家族(三代),各由电子、缈子、涛子和相应的微中子组成。

注释

参考资料

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