中微子的质量问题
中微子的质量问题《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义'的９７个悬而未决的难题：６５．中微子有无静止质量？６６．有无中微子振荡？
在微观世界中，中微子一直是一个无所不在、而又不可捉摸的过客.中微子产生的途径很多, 如恒星内部的核反应，超新星的爆发，宇宙射线与地球大气层的撞击，以至于地球上岩石等各种物质的衰变等.尽管大多数科学家承认它可能是构成我们所在宇宙中最常见的粒子之一，但由于它穿透力极强，而且几乎不与其它物质发生相互作用，因此它是基本粒子中人类所知最少的一种.被誉为中微子之父的泡利与费密曾假设它没有静止质量.根据物理学的传统理论，稳定、不带电的基本粒子中微子的静止质量应为零，然而美国科学家的研究从另一个角度有可能推翻这一结论.
据俄《知识就是力量》月刊报道，美国斯坦福大学的科研人员对最近24年来人类探测中微子所获数据进行分析后发现，从太阳飞向地球的中微子流运动具有某种周期性，每28天为一个循环，这几乎与太阳绕自己的轴心自转的周期相重合.美国科学家认为，这种周期性是由于太阳不均等的磁场作用造成的.磁场强度的变化，使部分中微子流严重偏移，致使探测器难以捕捉到.对此似可得出结论：中微子流有着自己的磁矩，既然有磁矩，就应有静止质量.在上世纪90年代以前，国际主流科学家们也认为中微子是没有质量的，因为这是标准模型的需要.然而近年包括我国在内的世界上的中微子振荡实验、观察，都探知到中微子有质量.令人惊讶的是，1938年意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana）早就认为微中子有质量，并提出马约拉纳方程式.
1998年6月12日，东京大学的一个国际研究小组在美国《科学》杂志上发表报告说，他们利用一个巨大的地下水槽，证实了中微子有静止质量.这一论断在世界科学界引起广泛关注.由日、美、韩三国科学家组成的科研小组日前在此间宣布，他们在实验中观测到了250公里远处的质子加速器发出的中微子.这是人类首次在如此远的距离内观测到人造粒子.
日本文部省的高能加速器机构位于筑波科学城，东京大学宇宙射线研究所设在岐阜县的神冈，两地相距250公里.6月19日下午，科学家在高能加速器研究机构使用质子加速器向宇宙射线研究所的神冈地下检测槽发射中微子，并通过检测槽检测到了中微子.由于这批中微子来自筑波科学城方向，并且是在发射之后大约0.00083秒时检测到的，科学家因而断定，它们就是质子加速器发出的那批中微子.
这项实验是为了证实中微子有静止质量而设计的.1998年6月，日、美两国科学家宣布探测到中微子有静止质量.如果这一点被证实，现有的理论物理体系将受到巨大冲击.为了验
证这一发现，科学家计划人工发射和接收中微子，观察中微子经过远距离传输后发生的变化，推断中微子是否有质量.
为了研究宇宙中的中微子，各种新型望远镜不断出现并投入使用.今年9月，一台专门研究中微子的特殊望远镜在地中海中开始安装.它不像普通望远镜那样直指天空，而是“反其道行之”面朝海底.这台“面海观天”的中微子望远镜名为“安塔雷斯”.它由英国、法国、俄罗斯、西班牙和荷兰等国科学家联合设计，安装地点位于距法国马赛东南海岸40公里处.望远镜在海面2.4公里以下，由13根垂入海中的缆状物组成，每个缆状物上将带有20个足球大小的探测器. ２０００年７月，日本文部省高能加速器研究机构发表实验结果称，由日本、美国和韩国科学家组成的实验小组在迄今的实验中，确认“中微子有质量”的概率已经达到９５％.不过要最后作出“中微子有质量”的科学结论，需要９９％以上的概率.ＣＥＲＮ等一些其它研究机构也在筹划测中微子质量的试验.
参与该国际合作项目的英国设菲尔德大学科研人员介绍说，来自宇宙的中微子能畅行无碍地穿越包括地球在内的很多物体.虽然中微子无法直接探测到，但它在穿透地球过程中，偶尔会产生少量的高能量缪子中微子，并发散出特殊辐射光——切伦科夫光.“安塔雷斯”主要通过高灵敏度探测器检测该辐射来研究中微子.由于“安塔雷斯”面向海底，绝大部分宇宙射线会被厚厚的地层屏蔽掉，大大减少了观测过程中的本底噪音.专家说，这台望远镜的安装有可能为更深入揭示伽马射线爆发以及暗物质等宇宙奥秘提供重要线索. 北京大学的刘川教授认为：中微子有质量（假设中微子振荡实验正确），它的速度小于光速.所谓“中微子运动速度等于光速”，是指1950年之前的说法，那时以为中微子没有静止质量.现代科技界认为中微子总质量上限确定到不及10亿分之一的氢原子质量，使暗物质的一种可能形式，它们在全部暗物质中最多只占有1/8的分额.【1】
因发现第二代μ中微子而与人分享1988年诺贝尔物理学奖的莱昂·莱德曼评论说，找到τ中微子的直接证据是非常重要且等待已久的结果.说其重要，是因为科学家将据此进一步研究三代中微子之间的关系；说等待已久，是因为25年前τ轻子就已经被发现，现在“另一个鞋子终于掉了下来”.τ轻子的发现者、荣获1995年诺贝尔物理学奖的马丁·佩尔说，证实τ中微子的存在具有里程碑的意义.在找到粒子家庭全部成员之前，粒子间相互转换的研究难以展开，现在这一障碍已被扫除.τ中微子的发现会给现实生活带来什么改变？这还是科学家们无法预言的.不过，正如居里夫人100年前发现原子核裂变时没有人知道这一发现会有什么用处、而40年后人们用它制造原子弹和发电一样，τ中微子的发现也将给科学的发展带来深远影响.
美国能源部LANL实验室的液体闪烁体中微子探测器、加拿大Sudbury中微子观测站和日本超级神冈加速器实验的最新结果给出有力的证据：中微子以各种形式“振荡”，因此必定会具有质量.虽然质量很小，但宇宙中大量的中微子加起来可使总的质量达到相当高.美国费米国家实验室新的加速器实验MiniBooNE和MINOS将研究中微子震荡和中微子质量.
宇宙学告诉我们，当今宇宙中一定存在着大量的中微子.物理学家们最近发现越来越多的证据，表明它们具有小质量.甚至可能有超越现行标准模型3个以外更多类型的中微子.
加拿大Sudbury中微子观测站（SNO）发布的第一批结果和日本超级神冈的实验结果，对丢失的太阳中微子进行的证据越来越多.这两项实验均系国际合作，得到美国能源部的大力支持.
称为MINOS的长基线实验，利用费米实验室中微子主注入器工程建造的设备，寻找具有极小质量的中微子存在的证据.费米实验室新的主注入器作为MINOS 实验的中微子源，实验的长基线从这里开始，探测器放在735公里之外的明尼苏达州北部原Soudan铁矿里.(Soudan矿中现有1000吨探测器)
参加MINOS实验的科学家们对从费米实验室出来的中微子和到达Soudan铁矿中的探测器的中微子的特性进行测量和比较.这两个探测器中中微子相互作用的特点之别提供不同类型的中微子振荡的证据，因此得出中微子质量.
1995 年美国LANL的液体闪烁器中微子探测器（LSND）发现了谬子中微子变成电子中微子的证据.费米国家实验室有一台探测器称为MiniBooNE，用来研究这一现象.因为更强的中微子束流，它比LSND获得更多的数据.MiniBooNE的中微子束流由比LSND束流短约10000倍强脉冲组成.这大大提高了实验将来自自然产生宇宙线相互作用的束流感应中微子事例分开的能力.
现行的理论假设中微子根本就没有质量.中微子具有质量要求对理论进行修改，它起码有助于解释构成90%以上宇宙的暗物质.中微子质量以及其他所有轻子和夸克的来源，被认为是由因黑格斯玻色子传递的“黑格斯潮引起的独特相互作用.这个玻色子是费米实验室TeV能级加速器大力寻找的目标.如果找不到，可能会在CERN的LHC上找到.能形成重元素的核反应也能形成大量奇异的亚原子群，即中微子.它们属于轻子粒子群，比如常见的电子，μ介子和τ介子.因为中微子几乎不与普通物质发生相互作用，所以可以通过它们直接看到星体中心，要做到这一点，我们必须能够捕捉到它们并对它们进行研究，物理学家正在朝这个方向努力.
不久前，物理学家还认为中微子没有质量，但最近的进展表明，这些粒子可能也有些许质量，任何这方面的证据也可以作为理论依据，找出4种自然力量中的3种——电磁、强力和弱力——的共性，即使很小的重量也可以叠加，因为大爆炸留下了大量的中微子.
参考文献：
【1】《物理》第31卷11期759页 2002年北京
中微子的振荡实验和理论
中微子的振荡实验和理论 华南师范大学物理与电信工程学院物理学勷勤创新班 作者：黄慧敏蔡莹邱小欢麦展风 摘要：，本文主要通过对中微子振荡实验及其理论的阐述，加深对中微子以及中微子振荡的认识,以及阐述对中微子振动实验发展的展望 关键词：中微子振荡 MSN效应质量差 Abstract：This article states the theory and the experiment of neutrino oscillation for illustrating the current situation and expectation of development of the nertrino oscillation’s experiment . Key word:neutrino oscillation .MSN reaction.mess diffirence. 1、引言 大亚湾中微子实验宣布发现了一种新的中微子振荡，并测量到其振荡几率，这一实验结果不仅使我们更深入了解了中微子的基本特性，更为未来进行中微子实验破解“反物质消失之谜”奠定科学基础。 1998年在日本Takayama召开的的世界中微子大会上，日本物理学家宣布他们的超神冈国际合作组发现了大气中微子震荡，成为了物理学界的头号新闻。 粒子物理学经典模型认为，中微子的质量为零，在相互作用中轻子数守恒，中微子不会从一种类型转变成另外一种类型。现在超神冈实验组发现了中微子振荡，这表明了中微子具有质量，中微子可以从μ中微子转变成其他类型的中微子，轻子数也随之不守恒，这推动了物理学的进一步发展。 1930年，为了解释核的β衰变中电子的能力是一个连续谱，泡利引入了中微子这种新型粒子，但人们一直没能从实验中验证中微子的存在。1941年，我国著名物理学家王淦昌先生建议利用原子核的K电子俘获测原子核的反冲能量来证明中微子的存在。历经10年，于1952年此实验获得成功，证明了中微子是一个客观存在的粒子。 中微子，顾名思义，是固有质量极其微小的中性粒子。由于难以探测，我们对中微子的了解非常有限，至今还存在大量未解之谜。中微子有3种类型：电子中微子、μ子中微子、τ子中微子，这三种中微子两两之间转换，可以有三种振荡模式。其中太阳中微子振荡称之为theta12振荡，大气中微子为theta23振荡。
中微子的发现
中微子的发现 背景 从运动学理论可以知道，当一个粒子衰变为两个粒子时，动量和动能守恒，末态粒子的能量应为确定值。而1914年，查德威克在实验中发现β衰变中放出的电子的能谱为连续谱，这意味着电子有各种不同的能量。这是什么原因呢？ 对查德威克发现的现象，梅特纳认为：原子发射的电子能量都具有观察到的最大值，最终观察到的是电子经过别的过程损失一定能量后的次级电子。艾利斯(C.D.Ellis)和伍斯特(W.A.Wooster)设计了一个实验，运用一个量能器把所有产生的粒子收集起来，即使初级电子的能量被次级过程重新分配，也能从收集到的总能量算出每次β衰变放出的平均能量，它应当等于观察到的电子能谱极大值。可是，1927年他们的实验结果表明，量能器得到的只是最后射出的电子能量，其平均值与连续谱相符，而看不到次级发射的其它能量。由此可见并没有什么次级过程起作用的迹象。 面对这种困惑形势，玻尔对能量守恒理论提出了质疑。玻尔的主张遭到激烈的反对，狄拉克表示：“我宁可不惜任何代价来保持能量的严格守恒。”泡利也不同意玻尔的观点，1930年，他提出：β衰变中，可能存在一种电中性的粒子带走了电子一部分能量。他把这一电中性的粒子称为中微子。泡利的这一建议是很大胆的，因为这样的粒子是很难直接探测出来的，但这一假设可以使人们摆脱有关核结构理论及β衰变所遇到的困境。 1933年10月的索尔维会议对中微子概念的发展具有重大意义。泡利在会上再次介绍了他对这个新粒子的看法。尽管海森伯还持有怀疑态度，费米却对它做了肯定，并且已经认识到它与中子的区别。那届索尔维会议后仅两个月，费米即在核的质子-中子模型的基础上，发表了有关β衰变的理论。他用相对论量子力学描述费米子，又利用狄拉克辐射理论的产生与湮灭算符及遵从二次量子化的方法导出了寿命公式和β衰变的连续能谱公式，成功的完成了他的β衰变理论。费米的β衰变理论，不仅圆满地解释了整个β衰变过程，澄清了有关β衰变的疑难，同时也确立了有关核结构的理论。按照费米的理论，在β衰变里，中微
分别对待暗能量、分别对待暗物质的报告之三
分别对待暗能量、分别对待暗物质的报告之三：介绍刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律，与爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误。 【一】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之一：将有条件的场客加速远离，当成了无条件的场客加速 远离。换言之，将有条件的场客加速远离，当成了所 谓“宇宙速胀”。 【二】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之一：爱因斯坦们所谓“宇宙速胀”，是没有的事；而“有条件 的场客加速远离”，是确有的事。
【三】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二：试图自所谓“爱因斯坦方程”，求解“暗能量”。【四】事实上，所谓“爱因斯坦方程”，原本不能成立。【五】“爱因斯坦方程”不能成立的原因，是；等号前方的微分张量，不能等于等号后方的非张量。 【六】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之二：克服了爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二， 才能解出“荦谧加速能”（荦能额与谧能额）。【七】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之三：无客速的场客，不会加速远离；客速不够大的场客，也不 会加速远离。 【八】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之三：不问场客“加速远离所需的初速值”。 【九】场客盘速{（Rcosθ）φ速}为零、场客局纬速（Rθ速）也为零时，刘辰楼的场客局速算式，表明：R加速度 〒-（荦能额对R的偏导数）c平方exp（4荦能额+2 谧能额）+（3荦能额对R的偏导数+谧能额对R的偏 导数）R速平方。 【十】加速远离，就是：R加速度＞0。 【十一】所以，“加速远离所需的初速值”，其平方，R 速平方＞{（荦能额对R的偏导数）/（3荦能额对R 的偏导数+谧能额对R的偏导数）} c平方exp（4荦
说明文阅读专项训练110：《中微子,关乎宇宙起源之谜》
中微子，关乎宇宙起源之谜 ①日本“顶级神冈”中微子探测器项目已正式启动，计划于2027年开始收集数据。该项目由日本主导、英国和加拿大等国参与，目的是阐明物质的起源及基本粒子的“大统一理论”，揭开宇宙起源之谜。 ②中微子是宇宙中数量最多的基本粒子之一。基本粒子是已知的最小粒子，它们不能像原子那样被分成更小的粒子，是构造宇宙中一切的基本元素。而中微子又是最轻的物质粒子，迄今还未能测出它的确切质量，但至少比电子还要轻100万倍。它们无处不在，如太阳发光、核反应堆发电、岩石的天然放射性衰变等核物理过程中都会产生，就连我们每个人也会因体内的钾-40衰变而每天发射约4亿个中微子。 ③中微子的最大特点就是几乎不与任何物质反应。不管是人体还是地球，在它看来，都是极为空旷、可以自由穿梭的空间。我们感觉不到它的存在，科学上探测也极为困难。因此，中微子的发现和研究过程，饱含着几代科研人员的心血。 ④1930年，奥地利科学家泡利为了解释原子核衰变中能量似乎不守恒的现象，预言了中微子的存在，认为就是这种“永远找不到的粒子”偷偷带走了能量。经过20多年的寻找，美国科学家科万和莱因斯终于在核反应堆旁探测到中微子，证明了它的存在。莱因斯因此获得了1995年诺贝尔物理学奖。 ⑤1968年，美国科学家戴维斯在地下1500米深的废弃金矿中进行实验，首次探测到了来自太阳的中微子，证实太阳无穷无尽的能量来自氢核聚变。1987年，日本科学家小柴昌俊在第一代神冈实验中，探测到了来自超新星的中微子。他们二人因此都获得了2002年诺贝尔物理学奖。此后，戴维斯进一步提高测量精度，却发现太阳中微子的数量比理论预言的要少得多，被称为“太阳中微子失踪之谜”。此后，小柴昌俊的学生梶田隆章发现，宇宙射线在大气层中产生的中微子也比预期少，称为“大气中微子丢失之谜”。 ⑥中微子为什么比预计的少？1998年，梶田隆章在升级后的第二代神冈实验中发现，大气中微子比预期少，是因为在飞行过程中自发变成了其他种类的中微子，这一现象就是中微子振荡。他也因此获得了2015年诺贝尔物理学奖。 ⑦中微子振荡现象证明了中微子有质量，尽管质量极其小，但会影响宇宙的起源和演化。根据已知的物理规律，在宇宙早期，正反物质应该成对产生，数量是一样的。但在现在的宇宙中，并没有发现大量反物质存在的迹象。为什么宇宙只由正物质构成？反物质到哪里去了？这是宇宙起源必须回答的关键问题。中微子振荡会带来一个意外的结果，即正反粒子的行为可以不一样，很有可能造成反物质消失。因此，全面了解中微子振荡，是破解“反物质消失之谜”的重要一环。 ⑧由于中微子难以探测，解决这些谜团需要巨大的探测器，获取更精确的数据。日本前两代神冈实验坚持自己的优势方向，掌握核心技术，持之以恒地探索，取得了巨大突破。此次启动的第三代实验“顶级神冈”将建造一个26万吨的水探测器，造价约8亿美元。此前，中国的江门中微子实验和美国的深层地下中微子实验也已开始建设。三个实验间既竞争又互补，联合分析能显著提高发现能力。新一代的中微子实验，也许有一天可以揭开宇宙起源的谜题。 11.（3分）①-③段，概括中微子的三个特点。 12.（3分）判断下列句子使用的说明方法，每空只填一项。 （1）但至少比电子还要轻100万倍。（）（）（2）它们无处不在，如太阳发光、核反应堆发电、岩石的天然放射性衰变等。（） 13.（3分）莱因斯、戴维斯和小柴昌俊获得诺贝尔物理学奖的原因分别是什么？ 14.（2分）中微子和揭开宇宙起源谜题有何关系？根据文章内容概括提炼。
暗物质与暗能量的统一性研究
暗物质与暗能量的统一性研究 发表时间：2019-06-10T14:58:52.437Z 来源：《知识-力量》2019年8月27期作者：张天成[导读] 随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 （马来亚大学） 摘要：随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 关键词：暗物质；暗能量；统一性；研究 一、暗物质的基本定义与特点 暗物质（Dark matter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运牛顿万有引力的现象动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。由于暗物质的神秘，现在世界上产生了不同的物理理论说法。一种是说暗物质就是一种具有质量的可以相互作用但是作用力非常微弱的粒子。这种说法目前被物理学家们广泛的接受和认可。其质量与相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。但是也有另一种说法，是说暗物质是由轴子，惰性中微子等这些类型的粒子组成。 暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而目前对暗物质属性了解很少。目前已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：目前大部分物理学家对暗物质的存在都有一定的认同，但是暗物质的特点都有哪些，这些物理学家知道的还不太多。目前所了解的暗物质的特点主要表现在以下几个方面：第一，暗物质是一种有质量的粒子，暗物质之间可以相互产生引力，但是暗物质的质量大学目前还是个未知数。第二，暗物质具有很强的稳定性。因为通过研究发现，暗物质几乎存在于宇宙形成各个阶段，在宇宙结构形成的各个过程都有暗物质的存在，所以暗物质应该是在能宇宙上稳定的存在的。第三，暗物质之间的产生的相互作用力非常弱。暗物质和光，电等之间产生的作用特别小，几乎看不出。我们从原初核合成可以看出。如果相互作用力大的话，这个过程就会受到刺激和扰动。将导致暗物质的元素产生一系列的变化，会使得观测结果不一致。第四，我们通过电脑模拟宇宙大尺度结构的形成过程中发现，暗物质的运动速度远远低于光速，即“冷暗物质”，不然我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构。因此，目前我们所知道的暗物质粒子还不一定是准确的，也是不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。 二、暗能量的基本定义与特点 暗能量存在于宇宙运动中，它通过自身的引力作用推动宇宙运动，由于暗能量目前还不能吸收光，也不可以反射或者说辐射光，因此，截止到目前，人们还不能利用现在的技术对暗能量进行监测。但是暗能量可以与光产生一种中和作用，这种作用可以影响到同级暗能量的分布范围。当暗能量与光反应时，会对作用域的时间产生影响，绝对速度v0>c，此时作用域的能量E产生跃迁，根据E=mc2，作用域内的物质质量会有减少。由于宇宙空间不断发生的中和反应，作用域内的物质质量不断减小致使物质的引力减小，出现宇宙膨胀。随着宇宙膨胀可以伴着时间的变化而变化，那么宇宙膨胀的高精度测量对我们来研究宇宙增加了很大的困难，在广义相对论中，我们发现，宇宙的膨胀速度主要由宇宙状态的方程式决定，如何确定暗物质和暗能量的状态方程式是宇宙学比较关注的问题。 三、暗物质与暗能量统一之宇宙大爆炸 “大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。通过暗物质和暗能量的基本定义和特点阐述来看，我们发现暗能量的产生与暗物质不可分割。暗物质与暗能量的统一可以从宇宙大爆炸模型来说。最初的宇宙起源于密度特别大的奇点，这个奇点会在某个时刻存在不平衡的状态，这时候就产生了第一次大爆炸。但是这次大爆炸一直都没有被发现，因为没有任何明显的现状，奇点并没有破碎，但是奇点在力的粒子和周伪散落，慢慢地奇点失去合力产生了第二次大爆炸，这次的爆炸导致整个奇点破碎了，暗物质与重子物质也随之散开，冷却后形成了现在的宇宙。这就是著名的宇宙大爆炸。这时候宇宙中的各种天体在暗物质的引力下迅速膨胀，宇宙中的重子物质和暗物质圈几乎重叠在一起，宇宙就开始不断收缩，最后塌陷到奇点，时间再次回到原点。 结论 “宇宙并非永恒存在，而是从虚无创生”的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性，但是，所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。虽然我们看到暗物质的作用力方向和暗能量的方向完全相反，但是这种现象有很大可能是由同一种物质导致的，很大可能就是本文所讲述的暗物质。这种物质在内部主要呈现出引力的作用，在外部主要呈现出反引力。通过研究暗物质与暗能量的统一性分析，也发现这个理论对宇宙大爆炸现象有很强的说服力。参考文献 [1]周烨.浅谈暗物质与暗能量要求及新技术的应用[J].山东工业技术,2019(06). [2]孙彩虹.暗物质与暗能量在物理系统中的应用解析[J].通信电源技术,2018,35(10). [3]张晓丽.暗物质与暗能量在物理系统中的运用分析[J].科学技术创新,2018(28). [4]刘振宗,陈智远.暗物质与暗能量统一性研究分析[J].技术与市场,2018,25(12). [5]李思明,王宇翔.暗物质与暗能量研究[J].科技风,2018(31). [6]李苏.试论暗物质与暗能量统一性模型研究[J].科技与创新,2018(18).
中微子通信技术及应用
题目：核地球物理新技术之中微子通信技术与应用展望
引言 (4) 第一章中微子的发现及特点 (5) 1.1 中微子的发现 (5) 1.2 宇宙的信使 (7) 1.3 中微子种类 (10) 第二章中微子通信的理论基础 (11) 2.1 现行光通信的局限性 (11) 2.1.1 光纤通信的局限性 (11) 2.1.2 无线光通信的局限性 (11) 2.2 中微子通信技术概况 (12) 2.2.1 中微子通信简介 (12) 2.2.2 中微子通信工作原理 (14) 2.2.3 中微子通信分类 (15) 2.3 中微子通信的发展简史 (17) 第三章中微子通信的系统组成及主要性能 (19) 3.2 中微子通信系统的组成与原理框图 (19) 3.3 中微子通信系统的实际实现实例 (20) 第四章中微子通信系统采用的关键技术 (22) 4.1 中微子通信系统采用的中微子波束的产生方法与设施 (22) 4.1.1 中微子通信系统采用的中微子波束的调制／解调技术23 4.1.2 中微子通信系统采用的中微子波束接收 (24) 第五章中微子通信系统的优越性 (24)
5.1 频带宽，容量大可以高速率工作 (25) 5.2 有足够强的穿透能力 (26) 5.3 抗干扰性强，不受无线电频段电磁波等的干扰 (26) 5.4 安全可靠，有良好的传输保密性能 (27) 5.5 有极高的有效性，可全天候工作 (28) 5.6 特别适于宇宙空间的通信 (28) 第六章中微子通信技术在地球范围内外的应用 (29) 6.1 中微子通信技术在地球范围之外的应用 (29) 6.2 中微子通信技术在地球范围内的应用 (31) 6.2.1 各类陆地中微子通信网络 (31) 6.2.2 在上空、水下和地下岩层中间的中微子通信网络 .. 31 参考文献 (32)
暗物质和暗能量是如何形成的解读
暗物质和暗能量揭秘开始想写这篇文章，源于多年对宇宙物理学的浓厚兴趣。对于宇宙如何诞生，演化也有一些自己的观点。特编写出来和广大宇宙物理爱好者共研。由于本人水平有限，不妥之处请朋友谅解，不胜感激。 1.宇宙的本质是什么？宇宙万物及我们人类存在于广阔无艮的宇宙之中，我们大多数人也许不会去思考的一些问题—宇宙为什么能存在？为什么会有宇宙？其实中外古今有许多人是对这个问题进行过探讨，如我国的盘古开天辟地，轻清上浮为天，重浊下沉为地，天地间隔随时间不断加大，女娲抟土而造人的理论。西方的上帝创造宇宙，再创造了一个男人亚当，用亚当一根肋骨创造出第一个女人夏娃的理论。当然还有其他创世神创世等各种学说。这些学说我们先不要妄言其一定是谬的，可是都有一个共同的不解之处，那就是创世神是存在于哪里，创世神所在那个世界又是怎么来的？如果不能解释这个问题，那这些理论就不是成熟的理论了。现在有一个理论认为宇宙是起源于一次大爆炸，宇宙是从一个几乎无限小的奇点大爆炸而产生的，这就是著名的宇宙大爆炸起源理论。1929年，美国天文学家哈勃通过观测遥远星系的红移提出星系的红移量和星系的距离成正比的哈勃定理，并推导出星系都在远离的宇宙膨胀学说。大爆炸宇宙论是一种观测证据最多，最获公认的现代宇宙理论。大爆炸宇宙论很好地解释了为什么会有宇宙，但还有一个问题不能解释，那就是宇宙为什么能存在？宇宙万物得以存在如果没有任何依据，难道不是一件不可思议的事情吗？因此我认为一定会存在一种与构成宇宙的要素属性相反，能相互抵销的要素。我们把构成宇宙一切物质和能量的要素称为原力，把我们所在的宇宙定义为正宇宙，那么与原力相反属性的反原力构成的宇宙就是反宇宙。原力是构成物质和能量的最基本单位，所以不管物质粒子结构多么复杂，原力却是最简单、最单纯的，它没有内部结构，因为如果有内部结构就不能算是基本单位了。因此既使最多量的原力都能集合于无限小的空间之内，是构成宇宙一切的唯一素材。值得一提的是，原力不是力，但宇宙一切运动因它而起，故称之原力。因此，我认为宇宙的本质是虚无的，可以用0=（+X+(-X表示，+X表示宇宙正原力总量，-X表示反宇宙反原力总量。正反原力在理论上可以抵销湮灭，正原力和反原力绝对一样多。其实古人们对于宇宙虚无本质早有论述，周易中说：“无极生太极，太极生两仪”，就是说虚无诞生无限多，无限多有
中微子的发现的过程及其在现代物理学中的意义
中微子的发现的过程及其在现代物理学中的意义 (1)中微子的提出 要追溯中微子发现的经过，还要从19世纪末20世纪初对放射性的研究谈起.当时科学家们发现，在量子世界中能量的吸收和发射是不连续的.不仅原子的光谱是不连续的，而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的.这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的，是符合量子世界的规律的.奇怪的是，物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的，而且电子只带走了它应该带走的能量的一部分，还有一部分能量失踪了. 瑞士物理学家泡利在1931年最先假设有种新粒子“窃走了”能量.在1931年，泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出，这种粒子不是原来就存在于原子核中，而是衰变产生的.1932年真正的中子被发现后，意大利物理学家费米将泡利的“中子”正名为“中微子”. 1933年意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论，指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用——弱相互作用.β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子.他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律，β能谱连续之谜终于解开了.如果中微子有引力质量，那么根据Einstein 的质能方程，必须把能量E*的一部分用来产生中微子，这样留给电子的能量就比E*小.泡利推算出中微子是没有质量的观点是错误的，由于中微子的引力质量非常小，因此在埃利斯的实验中发现电子也偶尔确实会有能量为E*的情况.泡利的中微子假说和费米的β衰变理论虽然逐渐被人们接受，但终究还蒙上了一层迷雾：谁也没有见到中微子.就连泡利本人也曾说过，中微子是永远测不到的. (2)中微子的发现 在泡利提出中微子假说的时候，我国物理学家王淦昌正在德国柏林大学读研究生，直到回国，他还一直关心着β衰变和检验中微子的实验.1941年王淦昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的文章，发表在次年美国的《物理评论》杂志上.1942年6月，该刊发表了美国物理学家艾伦根据王淦昌方案作的实验结果，证实了中微子的存在，这是当年世界物理学界的一件大事.但当时的实验不是非常成功，直到1952年艾伦与罗德巴克合作，才
暗物质暗能量的理论研究和实验预研
项目名称：暗物质暗能量的理论研究和实验预研首席科学家：吴岳良中国科学院理论物理研究所起止年限：2010年1月-2014年8月 依托部门：中国科学院
一、研究内容 拟解决的关键科学问题和主要研究内容包括： 本项目围绕暗物质和暗能量本质开展理论研究和实验探测的可行性分析, 充分利用已有的研究基础，从以下五个方面开展深入系统的研究： 1、暗物质的理论研究及相关新物理唯象 研究各种新物理模型，包括最小超对称模型及其变种和推广模型，额外维度模型，Little Higgs模型，各种类型的Hidden Sector模型，标准模型的最小推广（多个Higgs模型）中WIMP暗物质的湮灭及衰变过程的性质。在满足暗物质剩余丰度的条件下研究其湮灭或衰变产物，如正电子，反质子，高能中微子，光子的信号特点，为空间间接探测实验提供理论依据。同时重点关注未来实验可能观测到的高能中微子及光子信号。在对现有实验结果的研究中,由于PAMELA 没有观测到反质子的超出，这表明暗物质的主要湮灭道为带电轻子而非规范粒子或夸克，这就给一些暗物质模型如最小超对称模型带来了一定的困难。对此，需要对模型的参数空间进行更详细的研究。同时，也需进一步研究构造以轻子为主要湮灭道的理论模型。另一方面，为了解释PAMELA和ATIC上观测到的正负电子超出，暗物质在地球附近的密度分布要比通常由热力学残余丰度给出的大出2-3个数量级。如何构造模型能同时满足这两方面的要求是研究的重点之一，将首先研究已知的可能解释实验现象的一些机制，如量子索末菲效应和共振态增强效应等。 寻找和发展更有效探测暗物质的方法。通过对自旋相关与自旋无关的散射截面确定暗物质的基本属性。研究DAMA实验的正结果和其它实验如CDMS和Xenon 给出的零结果是否一致及其它们的物理原因。鉴于DAMA的实验结果，探寻可能存在的统一解释目前所有直接探测实验结果的暗物质－核子相互作用机制。研究非弹性散射和测量仪器靶物质的相关性等。 综合正负电子对撞机LEP上的Z产生和衰变，希格斯粒子质量限制，额外规范粒子的研究，及低能实验如μ子反常磁矩，b→sγ，B →μ+μ-和味道改变中 s
中微子的第三种振荡模式
核电站旁掘地三千米 科学家捕“幽灵粒子” 2014年1月18日 导读：大亚湾国际合作实验首次发现了中微子的第三种振荡模式，并获得了精确的测量数值。大亚湾中微子实验的新发现不仅令全世界科技工作者为之振奋。 据国外媒体报道，不久前，我国刚刚诞生了一项重大物理成果。大亚湾国际合作实验首次发现了中微子的第三种振荡模式，并获得了精确的测量数值。大亚湾中微子实验的新发现不仅令全世界科技工作者为之振奋。 最“热”中微子 中微子，是构成物质世界的基本粒子。恒星内部的核反应，超新星的爆发，宇宙射线与地球大气层的撞击，核反应堆的运行，以至于地球上岩石等各种物质的衰变，都能产生中微子。每秒钟，都有几万亿个中微子自由地穿过人体。 虽然中微子无所不在，但是由于穿透力极强，而且几乎不与其它物质发生相互作用，很难被探测到，因此它也是基本粒子中人类所知最少的一种。提出中微子存在假设的奥地利物理学家泡利甚至说：“天啊！我预言了一种永远找不到的粒子。”所以有人称之为“幽灵粒子”。它像一只看不见的手，控制着微观世界的基本规律。 小小的中微子在微观物理粒子规律和宏观的宇宙演化中都有着重要地位，甚至可能与宇宙中的反物质消失之谜有关。因此，对它的研究远远超出了粒子物理的范畴，是粒子物理、天体物理、宇宙学、地球科学的
交叉与热点学科。 经过六十多年的科研探索，中微子研究取得了巨大进步，先后有三次重大进展获得了诺贝尔物理学奖。尽管如此，至今仍有许多关于中微子的谜团尚未解开。其中，首要亟需解决的问题就是精确测定中微子混合参数θ13. 由于这个数值的不确定性，中微子物理研究目前已经走到了一个岔路口，如果这个值很小或者没有，那么全世界研究中微子的科学家们将共同面临一个尴尬局面：不知道未来中微子研究该向何方发展。可以说，θ13数值的大小决定了未来中微子物理研究的发展方向。 大亚湾实验便是瞄准了θ13的精确测量。因此，在大亚湾地下100米进行的中微子实验，受到全世界粒子物理学家的热切关注。 这个难以捉摸的参数首次被精确测量，极大地振奋了国际高能物理界。实验成功后，多个国际顶尖机构纷纷发来贺电。 美国Arogonne国家实验室物理部主任Harry Weetrs教授表示，“现在，我们终于可以更精确的部署未来的中微子研究计划了”. 日本T2K大型粒子探测实验的发言人表示，中微子震荡实验带来的光明前景令人激动不已，“或许在我们有生之年就可以揭开物质层次的奥秘。” 基础研究就是这样，或许现阶段看似“不实用”，但却可能成为千百年后各种重大发现诞生的摇篮。
中微子的质量问题
中微子的质量问题《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义'的９７个悬而未决的难题：６５．中微子有无静止质量？６６．有无中微子振荡？ 在微观世界中，中微子一直是一个无所不在、而又不可捉摸的过客.中微子产生的途径很多, 如恒星内部的核反应，超新星的爆发，宇宙射线与地球大气层的撞击，以至于地球上岩石等各种物质的衰变等.尽管大多数科学家承认它可能是构成我们所在宇宙中最常见的粒子之一，但由于它穿透力极强，而且几乎不与其它物质发生相互作用，因此它是基本粒子中人类所知最少的一种.被誉为中微子之父的泡利与费密曾假设它没有静止质量.根据物理学的传统理论，稳定、不带电的基本粒子中微子的静止质量应为零，然而美国科学家的研究从另一个角度有可能推翻这一结论. 据俄《知识就是力量》月刊报道，美国斯坦福大学的科研人员对最近24年来人类探测中微子所获数据进行分析后发现，从太阳飞向地球的中微子流运动具有某种周期性，每28天为一个循环，这几乎与太阳绕自己的轴心自转的周期相重合.美国科学家认为，这种周期性是由于太阳不均等的磁场作用造成的.磁场强度的变化，使部分中微子流严重偏移，致使探测器难以捕捉到.对此似可得出结论：中微子流有着自己的磁矩，既然有磁矩，就应有静止质量.在上世纪90年代以前，国际主流科学家们也认为中微子是没有质量的，因为这是标准模型的需要.然而近年包括我国在内的世界上的中微子振荡实验、观察，都探知到中微子有质量.令人惊讶的是，1938年意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana）早就认为微中子有质量，并提出马约拉纳方程式. 1998年6月12日，东京大学的一个国际研究小组在美国《科学》杂志上发表报告说，他们利用一个巨大的地下水槽，证实了中微子有静止质量.这一论断在世界科学界引起广泛关注.由日、美、韩三国科学家组成的科研小组日前在此间宣布，他们在实验中观测到了250公里远处的质子加速器发出的中微子.这是人类首次在如此远的距离内观测到人造粒子. 日本文部省的高能加速器机构位于筑波科学城，东京大学宇宙射线研究所设在岐阜县的神冈，两地相距250公里.6月19日下午，科学家在高能加速器研究机构使用质子加速器向宇宙射线研究所的神冈地下检测槽发射中微子，并通过检测槽检测到了中微子.由于这批中微子来自筑波科学城方向，并且是在发射之后大约0.00083秒时检测到的，科学家因而断定，它们就是质子加速器发出的那批中微子. 这项实验是为了证实中微子有静止质量而设计的.1998年6月，日、美两国科学家宣布探测到中微子有静止质量.如果这一点被证实，现有的理论物理体系将受到巨大冲击.为了验
魅力科学答案
1.1、原子的基本构成 1 19 世纪末物理学上的三大发现是（） 。 X 射线 放射性 电子 以上均是 正确答案： D 2 每个化学元素都有不同特征的现状光谱。 正确答案：V 3 原子中的基本粒子包括电子和电子核，其中占主要质量的是电子。 正确答案：X 4 卢瑟福著名的a 粒子穿透金属箔试验中， a 粒子穿透金属箔后的运动轨迹不包括（） 。 立刻停止 反射回来 发生旋转 直线运动 正确答案： 1.2、核外电子运动理论模型 1 下列说法不正确的是（）。 不确定原理适用于宏观运动 电子的半径是十的负八次方厘米 光具有波粒二象性 氢元素光谱的波长具有不连续性 正确答案： A 2 波尔假说的成功之处，其中一点就是验证了里德堡公式的正确性。 正确答案：V 3 海森堡的不确定原理表明能测量出电子准确的位置和准确的动量。 A B 、 C 、 D A 、 B 、 C 、 D 、 5 20 世纪初， 卢瑟福 巴尔 麦 里德堡 普朗克 正确答 案： A 、 B 、 C 、 D 、 对氢原子光谱进行深入研究并找到了对应公式的人是（） A 、 B 、 C 、 D 、
1.3、原子核外电子的运动状态及薛定谔方程 1 波函数e 的变量有（）。 A 、 B 、 C 、 2 建立迄今最为成功的原子结构模型 -波动力学模型的是（）。 德布罗意 爱因斯坦 海森堡 薛定 谔 正确答案： D 正确答案： B 5 电子在半径 r=53pm 球壳上出现的概率最大。这个最大値正是波尔半径。 4 提出电子具有波粒二象性假设的学者德布罗意来自（） 德国 美国 法国 波兰 A 、 B 、 C 、 D 、 正确答案： C 5 首次把量子化的概念运用到化学上的人是（） 。 卢瑟福 波尔 普朗克 巴尔麦 正确答案： B A 、 B 、 C 、 D 、 ① 以上均是 正确答案： D D 、 A 、 B 、 C 、 D 、 3 薛定谔方程实质上是一个二阶偏微分方程，解得的 正确答案：X 4 根据不同的目的和角度考察波函数 e 和概率密度？e ?2的性质，不包括（）。 径向分布图 时间分布图 角度分布图 空间分布图 A 、 B 、 C 、 D 、 e 是一个具体的数值。（）
南极发现极高能中微子动能相当于一枚秒速一米的樱花瓣
南极发现极高能中微子，动能相当于一枚秒速一米的樱花瓣 如何解读NSF 公布IceCube 中微子观测站首次定位 宇宙中的高能中微子源？有何重大意义？刘博洋，天体物理学博士生 先上结论 去年8 月，双中子星并合的时候，我们说人类全面进入了多信使天文学时代。 而本次IceCube 和其他望远镜联手发现一颗极高能中微子 的来源，则标志了多信使天文学时代中又一个重要的里程碑。 发生了什么？ 简单版本： 2017 年9 月22 日，建设在南极冰层里的中微子探测器“冰立方”（IceCube）探测到了一次比较罕见的极高能中微子事件：这是一个能量为~290 TeV 的中微子，相当于具有一枚秒速一米的樱花瓣的动能。巧合的是，这颗中微子的来源方向上，在几十亿光年开外，刚好有一个已知的特殊天体。而且，在此事件前后约两周事件内，用于监测高能光子的费米卫星发现，这个天体发出的高能光子的亮度比平时强了 6
倍——所以说，它很可能就是这颗高能中微子的源头。 高能中微子的形成和高能质子具有密切的联系，而高能质子是所谓“宇宙线”（宇宙来的射线，Cosmic Ray）的主要成分，所以本次发现同时首次确认了宇宙中高能中微子和高能宇 宙线的（一种）来源。 正如2017 年8 月，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和费米卫星先后探测到双中子星并合事件发出的引力波和 高能光子，随后全球各个波段的望远镜对事件源天体展开了一大波观测，本次冰立方和费米卫星联手确认这颗高能中微子源的来源之后，也引起了一大波各种波段望远镜对该事件源天体的追捧。这两次全球天文学家的联手狂欢，前后相隔仅仅一个月的时间，可以说代表了当代观测天文学一种“新常态”的到来。 到底发生了什么？ 有点复杂，一样一样说，慢慢看。 0、用一句话说说中微子是啥？ 1、以前真的从来没有定位过中微子源吗？ 2、极高能中微子从哪来的？ 3、为什么要跑南极探测中微子？ 开始咯~ 0、用一句话说说中微子是啥？ 一种质量非常小的基本粒子，比电子还要轻大约两百万倍。
天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑_图文(精)
天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑武向平? (中国科学院国家天文台 北京 100012 2015-05-19收到 ?email :wxp@https://www.sodocs.net/doc/492640948.html, DOI :10.7693/wl20150610 1宇宙起源
今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天” 的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。 为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50K (1956年修正为6K,并锁定在微波波段。而在1965年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和 Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文 实 科学家沙龙
1988年诺贝尔物理学奖——中微子的研究
1988年诺贝尔物理学奖一一中微子的研究 1988年诺贝尔物理学奖授予美国伊利诺斯州巴塔维亚(Batavia)费米国家加速器实验室的莱德曼(Leon M.Lederman,1922—)、美国加利福尼亚州蒙顿维(Mountain View)，数字通讯公司( DigitalPathways,lnc)的施瓦茨(Melvin Schwartz, 1932—)和瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的斯坦博格 (Jack Steinberge, 1921 — ),以表彰他们在发展中微子束方法以及通过卩子中微子的发现显示轻子的二重态结构所作的贡献。 中微子的研究在粒子物理学中占有重要地位。它原来是一个假设的粒子。 1931年，泡利从研究B衰变的能谱出发，提出了中微子的假设，当时几乎没有人能够想像，怎么去捕捉”这一神秘莫测的粒子”因为中微子是中性的，所以用于测量带电粒子的所有办法，对它都无效。它与物质的相互作用又极弱，甚至可以穿过整个地球而不被任何物质吸收。所以长时期以来，中微子只是在理论家的计算中出现，而实验上始终无法证实它的存在。1934年，费米根据泡利的假设，提出了原子核中的中子衰变成质子，同时放出一个电子与中微子的B衰变理论。费米的理论指出，原子核B衰变的相互作用，不同于电磁相互作用，是一种 弱相互作用”费米的理论计算与实验结果符合得很好，间接地证明了中微子的 存在。即使如此，人们仍然不知道，如何真正地去测量它。 1952年戴维斯(Davis)按照早在1941年由我国科学家王淦昌所提出的建议， 用K俘获法证明了中微子的存在。 1953年，在反应堆旁观测到了反中微子。1956年，科昂(Cowan),莱因斯 (ReineS 等人，在实验上直接观察到中微子①。1958年，哥德哈勃(Goldhaber) 等人，还精确地测出了中微子的螺旋性。他们用的也是K俘获法。用152En俘获一个K壳层的电子，变成152Sm的激发态，再放出一个中微子，成为152Sm。经过 仔细分析，他们第一次确定，中微子的螺旋性是-1,反中微子是+1。在这之前，还有两种常用的方法：一种是所谓的B能谱法，即用量能器测量B衰变时的能量谱，由于电子只带走了衰变前后原子核能量差的一部分，其余部分的能量，即由 中微子带走。这是最早的中微子实验，可以定性地，间接地证实中微子的存在。另一种是原子核反冲法。原子核在B衰变发射电子的同时，原子核本身还要受到一个反作用力，使原子核本身获得一个反冲速度。只要测出了发射电子与反冲核的动量，从动量的守恒，就可以确认中微子的存在。 到了1962年，对中微子的研究，进入了一个革命性的崭新阶段。哥伦比亚大学的莱德曼、施瓦茨、斯坦博格等人，想到可以用加速器来产生中微子。他们在纽约长岛的布鲁克海文的国家实验室里，用15 GeV的质子束打击铍靶，从而 产生n介子束流。n介子在飞行中衰变，产生卩子，同时放出一个中微子。他们将束流通过很大质量的铁，以致大部分的卩子都被吸收掉，而中微子却可以畅通无阻地穿过，从而获取相当纯的中微子束流。然后，他们将中微子束流注人火花室，观察到所产生的新卩子。这些反应过程，可以用如下的表达式表示： 卩+v v +n—y +p 而B衰变所产生的中微子却是按照不同的反应过程:
宇宙中的暗物质和暗能量
课程论文 (科研训练、毕业设计) 题目：宇宙中的暗物质和暗能量 姓名：xxxxxxx 学院：化学化工学院 系：化学 专业：化学 年级：大一 学号：xxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx
宇宙中的暗物质和暗能量 摘要文章对暗物质粒子的候选者和宇宙中暗能量的研究现状作一简单介绍. 关键词暗物质,暗能量,粒子宇宙学 正文2003 年,W ilkinson 微波背景各向异性探测器(WMAP) 、Sloan数字巡天( SDSS)和最近的超新星( SN)等天文观测以其对宇宙学参数的精确测量,进一步强有力地支持了大爆炸宇宙学模型. 这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就. WMAP的结果告诉我们,宇宙中普通物质只占4% , 23%的物质为非重子暗物质, 73%是暗能量, SDSS也给出类似的结果. 从物质基本结构的观点出发,普通的物质,如树木、桌子以及我们人类本身,是由分子、原子构成. 然而分子、原子不是最基本的,目前已知的基本粒子是由粒子物理标准模型所描述的夸克和轻子以及传递相互作用的规范玻色子. 什么是暗物质呢? 暗物质是不发光的,但是它有显著的引力效应. 比如,对于一个星系考虑距其中心远处的旋转速度,如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话,由牛顿引力定律可知,距离中心越远,速度应该越小. 可是天文观测事实不是这样的,这就说明当中有看不见的暗物质. 目前各种天文观测和结构形成理论强有力地表明宇宙中有大约三分之一是暗物质. 中微子是一种暗物质粒子, 但WMAP和SDSS的结果说明,它的质量应当非常小,在暗物质中只能占微小的比例,绝大部分应是所谓的冷暗物质. 它们究竟是什么目前还不清楚. 理论物理学家猜测,至少有两个可能性,一个是轴子( ax2ion) ,另一个是中性伴随子( neutralino). 另外还有额外维空间理论中最轻的KK ( Kaluza - Klein)粒子.近年来,为了解决冷暗物质在小尺度上可能的疑难而提出了相互作用暗物质[ 1 ] 、温暗物质等. 轴子是由罗伯特·派切(Roberto Peccei) 和海伦·奎因(Helen Quinn)为解决强相互作用中的电荷共轭-宇称(CP)破坏问题而引进的. 中性伴随子是超对称理论中的最轻的超对称伴随子,它是稳定的,在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来. 另外,这种暗物质粒子也可由一些超重粒子或宇宙相变过程产生的一些拓扑缺陷(如宇宙弦)衰变而产生[ 2 ] .目前世界各国科学家,例如中国和意大利科学
中微子超光速
中微子超光速？？？ 中微子又译作微中子，是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，中微子不带电，自旋为1/2，质量非常轻（小于电子的百万分之一），以接近光速运动，几乎不与其他物质作用，在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计，但异常难以捕捉。中微子是1930年奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中能量似乎不守恒而提出的，1933年正式命名为中微子，1956年才被观测到。 2011年9月22日，《自然》杂志网站宣布，意大利格兰萨索国家实验室OPERA（“奥佩拉”）项目研究人员使用一套装置，接收730公里外的欧洲核子研究中心(在瑞士日内瓦)发射的中微子束。实验表明，中微子的速度达到了299798454米/秒，光速为299792458米/秒,可见中微子比光子提前60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)到达，即每秒钟多“跑”6公里。 据实验室方介绍，接收中微子束的装备上，配置了复杂的电子和照相器材，重1800吨，埋在格兰萨索国家实验室地下1400米深处。三年来，“奥佩拉”的研究人员记录了大约1.6万个从欧洲核子研究中心发射的、穿透地层的中微子束。研究者让中微子束在两地之间的地下管道中以近光速运行，并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度。9月24日，欧洲核子研究中心官方网站也公布了这一研究成果。 根据爱因斯坦狭义相对论，光速是宇宙速度的极限，没有任何物质可以超越光速。如果此次研究结果被验证为真，意味着奠定了现代物理学的基础将遭到严重挑战，时间旅行将具备理论依据。虽然OPERA项目发言人——瑞士伯尔尼大学物理学家安东尼奥·伊拉蒂塔声称这是一个直接的物理测量，他们通过测量距离和时间，再将两者相除得到速度，就像我们在中学到的那样。他还表示这套接收装置与欧洲核子研究中心之间的距离精度为20厘米以内，测速精度为10纳秒以内。但是这个实验结果与爱因斯坦的相对论相悖，参与这个实验的科学家已经向全球物理学者发出了召唤，期待整个物理学界进行核查。 针对OPERA项目试验结果，全球不少科学家都持谨慎怀疑态度，声言需进行更多实验确认。 霍金（当代享有国际盛誉的广义相对论和宇宙论家）严肃声明，目前，对中微子发表评论还言之过早，必须进行更多实验及澄清工作。南京大学核物理学专家宗红石教授表示，如果爱因斯坦的相对论这个现代物理学基础动摇了，那么可以说我们现在的很多理论都站不住脚，但实际上现在的很多理论已经被实验检验是正确的。而且之前物理学界也屡次有人想推翻前人的结论，但后来都被证明是错误的，最后不了了之，这次的研究成果还有待继续检验。而且如果超光速中微子真的存在，将会出现一系列让人无法接受的现实，比如因果论，这也是现代物理学的基本立足体系，即首先有原因之后才会有结果。超光速中微子如果存在，这一理论也将被颠覆。简单地说，也就是我们所熟知的由因到果的次序将颠倒，可能有了果再有因。宗红石举了个形象的例子来说明：“比如炮弹，是先打出去，然后落到对方阵地爆炸；因果论被颠覆后，我们看到的将是炮弹已经爆炸，却还没从大炮上被打出去呢。” 尽管全球科学家普遍采取谨慎态度，但没有人完全可以否认超光速中微子存在的可能性。