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2.3、速度:
在基本粒子标准模型中,中微子的质量被假设为零,所以中微子都以光速运行。然而,最近几年对中微子震荡的确认已说明中微子的质量虽小,却不为零,因此中微子的运行速度自然要小于光速。
科学家首次对中微子的速度进行测量在1980年代早期,当时科学家透过从脉冲质子束射击而产生的脉冲π介子束来测量中微子的速度。当带电的π介子衰变时,就会产生μ子及(或反)μ子中微子和(或反)电子中微子。透过长基线的设计,由远方的加速器以此种方式产生中微子,经过地壳的作用削减背景事例,来进行中微子震荡的研究。透过检测加速器产生粒子,与中微子出现在侦测器的时间差,就可测量出中微子的速度。结果显示中微子的速度是光速与假设相符。
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2.4、观测:
观测中微子只参与非常微弱的弱相互作用和引力相互作用,具有最强的穿透力,能穿越地球直径那么厚的物质。在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应,因此中微子的检测非常困难。正因为如此,在所有的基本粒子,人们对中微子了解最晚,也最少。实际上,大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生,例如核反应堆发电(核裂变)、太阳发光(核聚变)、天然放射性(β衰变)、超新星爆发、宇宙射线等等。宇宙中充斥着大量的中微子,大部分为宇宙大爆炸的残留,大约为每立方厘米100个。1998年,日本超级神冈实验以确凿的证据发现了中微子振荡现象,即一种中微子能够转换为另一种中微子。这间接证明了中微子具有微小的质量。此后,这一结果得到了许多实验的证实。中微子震荡尚未完全研究清楚,它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用,而且与宇宙的起源与演化有关,例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。
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3.1、应用:
应用之一就是中微子通讯。由于地球是球面,加上表面建筑物、地形的遮挡,电磁波长距离传送要通过通讯卫星和地面站。而中微子可以直透地球,它在穿过地球时损耗很小,用高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减千分之一,因此从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至北京。将中微子束加以调制,就可以使其包含有用信息,在地球上任意两点进行通讯联系,无需昂贵而复杂的卫星或微波站。
应用之二是中微子地球断层扫描,即地层CT。中微子与物质相互作用截面随中微子能量的提高而增加,用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的中微子束定向照射地层,与地层物质作用可以产生局部小“地震”,类似于地震法勘探,可对深层地层也进行勘探,将地层一层一层地扫描。
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4.1、超高能中微子:
那些用于监测罕见偶发事件的监测系统往往造价昂贵,但最终监测数年而一无所获。因此,近期科学家们对一个消息感到振奋鼓舞的心情也就不难理解了:他们设立在南极的冰立方探测器——一台专用于监测中微子的巨型设备,在2013年报告检测到两个具有异常高能量的中微子粒子,其能量接近1000TeV(1千万亿电子伏特),这比来自太阳的中微子能量高出近10亿倍。随后南极冰立方望远镜项目的科学家们进一步进行了数据分析并发现了另外26个能量高于30TeV的中微子。科学家们目前还需要更多的观测数据才能尝试确定这些具有异乎寻常高能量的中微子的来源,而这样做将可能需要建造一台更大的探测器。但有一点,他们初步认为这些中微子是源自太阳系之外的,而自从1987年之后人们就再也没有在实验中探测到如此遥远来源的中微子。科学家们相信这些神秘粒子携带着有关天体物理学事件,如遥远星系中伽马射线暴的信息。
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5.1、反中微子
反中微子是中微子的反粒子。中微子的自旋方向与运动方向相反,反中微子的自旋方向与运动方向相同,它们与物质相互作用的性质不同,中微子只有左旋,反中微子只有右旋。
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