τ子中微子

美国费米实验室的加速器,首次发现了能够证明自然界中最捉摸不定、小得令人难以置信的最后一种微小粒子τ中微子存在的直接证据,这项突破性的成果宣布后在物理学界引起了极大的反响。

历来实验

经历20多年的搜寻,由美、日、韩、希腊等国54名科学家组成的国际合作组于7月20日宣布,利用美国费米实验室的加速器,首次发现了能够证明自然界中最捉摸不定、小得令人难以置信的最后一种微小粒子τ中微子存在的直接证据,这项突破性的成果宣布后在物理学界引起了极大的反响。τ中微子的发现在人类科学发展史上究竟有何重大意义呢?

20世纪60—70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,其主要内容就是组成所有物质的这12种基本粒子。自1897年,科学家通过实验首先发现了电子,约百年后1995年检测到了第11个基本粒子,到本世纪末发现的最后一个粒子τ中微子,这对于验证粒子物理学基本模型又走出了关键性的一步。

中微子无处不在,以光速飞速运动,由于它不带电荷,与其它粒子只有弱作用。截止到二三年前,人们以为它可能像光子一样没有质量,但之后事情发生了变化。根据日本超级神冈地下实验室的中微子研究结果,科学家开始认为中微子是有质量的。根据实验线索表明,这三种中微子很有可能有质量和相互之间发生转换,质量的范围已可预测,但确切的数值尚待于研究;它们之间相互转换,是指其本身具有转变的几率,比如电子中微子有可能会变成μ中微子、μ中微子又可能变成τ中微子,这之间的转换机制正是我们要研究的。这些就是粒子物理学下一步研究的方向之一。

宇宙中我们可见的物质占5—10%,而其它90%以上是不发光的暗物质,而中微子则是组成这些暗物质的重要组成部分。尽管它很轻,但是它对于研究宇宙总的质量构成有着重要的贡献。在自然界中,中微子产生于一些星体或星系的反应过程,无时无刻不在穿过地球,所以,对中微子的研究将使人们对宇宙的演化、构成等有着更深的认识。

这次重大研究发现τ中微子转换成τ轻子,就证明了τ中微子的存在。由此可见它们之间是相互转换的。但在找到粒子家族的全部成员之前,就难以开展此方面的研究。现在科学家们就可以进一步开展对这些粒子的研究。

长期以来,我国科学家对中微子的研究十分重视,在理论和实验方面做过许多贡献。1992年在北京正负电子对撞机上精确测量出τ轻子的质量,这对τ中微子的研究有重要意义,纠正了在此之前国际上测量结果的重大偏差。现在我们正在积极策划,将选择适当场所,开展有关中微子的试验,以期对粒子物理学能够有更深的探究。

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