中微子振荡

中微子振荡

中微子振荡是一个量子力学现象。理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫首先提出此猜想，他认为特定味的某一中微子可以转化为不同的味。所探测到的中微子可能处于哪个味要由传播中不断改变的波形决定。中微子振荡意味着中微子具有质量，这与原始的粒子物理标准模型不相吻合，对理论物理和实验物理而言都有一定的影响。2012年3月，大亚湾中微子实验组织发言人宣布，大亚湾中微子实验发现了新的中微子振荡，并测量到其震荡几率。

中微子振荡的概念与中性K子系统中的振荡相似，最早由理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫于1957年提出。

中微子是一种极难被探测到的基本粒子，在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中都极为重要。中微子共有三种类型，它可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型，称为中微子振荡。

[1]中微子是一种不带电，质量极其微小的基本粒子，也是构成物质世界的最基本单元之一，共有三种类型，在目前已知的构成物质世界的12种基本粒子中，占了1/4，在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中同时扮演着极为重要的角色。中微子有一个特殊的性质，即它可以在接近光速的飞行中从一种类型转变成另一种类型，通常称为中微子振荡。原则上三种中微子之间相互振荡，两两组合，应该有三种模式。其中两种模式自上世纪60年代起即有迹象。[1]中微子的前两种振荡模式即“太阳中微子之谜”和“大气中微子之谜”已被实验证实，其发现者凭此获得了2002年诺贝尔奖，但第三种振荡则一直未被发现，甚至有理论预言其根本不存在。[2]

振荡现象

最近的物理研究表明中微子具有微小的质量。1998年，日本的超级神岗实验（Super Kamiokande）以确凿的证据发现中微子存在振荡现象，即一种中微子在飞行中可以变成另一种中微子，使几十年来令人困惑不解的太阳中微子失踪之谜和大气中微子反常现象得到了合理的解释。中微子发生振荡的前提条件就是质量不为零和中微子之间存在混合。2001年，加拿大的太阳中微子流测量实验（SNO）实验通过巧妙的设计，证实丢失的太阳中微子变成了其它种类的中微子，而三种中微子的总数并没有减少。同样的结果在KamLAND（反应堆）、K2K（加速器）这类人造中微子源的实验中也被证实。Super-K 实验与Homestake太阳中微子实验于2002年获得了诺贝尔奖。

新的振荡

大亚湾中微子实验国际合作组发言人王贻芳2012年3月8日在北京宣布，大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡，并测量到其振荡几率。这一重要成果是对物质世界基本规律的一项新的认识，对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用，并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”。

“大亚湾实验的结果具有极为重要的科学意义。它不仅使我们更深入了解了中微子的基本特性，也决定了我们是否能够进行下一代中微子实验，以了解宇宙中物质-反物质不对称现象，即宇宙中…反物质消失之谜?。”中国高能物理学会理事长赵光达院士说。

中国科学院高能物理研究所的科研人员2003年提出设想，利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，来寻找中微子的第三种振荡，并提出了实验和探测器设计的总体方案。

大亚湾实验是一个中微子“消失”的实验，它通过分布在三个实验大厅的8个全同的探测器来获取数据。每个探测器为直径5米、高5米的圆柱形，装满透明的液体闪烁体，总重110吨。周围紧邻的核反应堆产生海量的电子反中微子，近点实验大厅中的探测器将会测量这些中微子的初始通量，而远点实验大厅的探测器将负责寻找预期中的通量减少。

在2011年12月24日至2012年2月17日的实验中，科研人员使用了6个中微子探测器，完成了实验数据的获取、质量检查、刻度、修正和数据分析。结果表明中微子第三种振荡几率为9.2%，误差为1.7%，从而首次发现了这种新的中微子振荡模式。[2]

[1]2012年12月20日，美国《科学》杂志公布了2012年度十大科学突破，大亚湾中微子实验发现中微子第三种振荡模式的成果上榜。《科学》的评价是，“如果物理学家无法发现超越希格斯玻色子的新粒子，那么中微子物理可能会代表粒子物理学的未来。大亚湾实验的结果可能就是标志着这一领域起飞的时刻。”[1]

振荡原因

中微子振荡的原因是三种中微子的质量本征态与弱作用本征态之间存在混合，一个电子中微子具有三种质量本征态成份，传播一段距离后变成电子中微子，μ子中微子，τ子中微子的叠加。

中微子的产生和探测都是通过弱相互作用，而传播则由质量本征态决定。由于存在混合，产生时的弱作用本征态不是质量本征态，而是三种质量本征态的叠加。三种质量本征态按不同的物质波频率传播，因此在不同的距离上观察中微子，会呈现出不同的弱作用本征态成分。当用弱作用去探测中微子时，就会看到不同的中微子。

混合规律

中微子的混合规律由六个参数决定（另外还有两个与振荡无关的相位角），包括三个混合角q12、q23、q13，两个质量平方差Dm221、Dm232，以及一个电荷宇称相位角dCP。通过大气中微子振荡测得了q23与|Dm232|，通过太阳中微子振荡测得了q12与Dm221。在混合矩阵中，只有下面的两个参数还没有被测量到：最小的混合角q13、CP破缺的相位角dCP。目前测得的q13的实验上限是：sin22q13<0.17 （在Dm231 = 2.5×10-3eV2下），由法国的Chooz反应堆中微子实验给出。

大气中微子振荡|Dm232| = 2.4´10-3 eV2 sin22q23 = 1.0

太阳中微子振荡Dm221 = 7.9´10-5 eV2 tan2q12 = 0.4

反应堆/长基线中微子振荡dCP 未知sin22q13 < 0.17

q13的数值大小决定了未来中微子物理的发展方向。在轻子部分，所有CP破缺的物理效应都含有因子q13，故q13的大小调控着CP 对称性的破坏程度。如果它是如人们所预计的sin22q13等于1%～3%的话，则中微子的电荷宇称（CP）相角可以通过长基线中微子实验来测量，宇宙中物质与反物质的不对称现象可能得以解释。如果它太小，则中微子的CP相角无法测量，目前用中微子来解释物质与反物质不对称的理论便无法证实。q13接近于零也预示着新物理或一种新的对称性的存在。因此不论是测得q13，或证明它极小（小于0.01），对宇宙起源、粒子物理大统一理论、以及未来中微子物理的发展方向等均有极为重要的意义。

q13可以通过反应堆中微子实验或长基线加速器中微子实验来测量。在长基线中微子实验中，中微子振荡几率跟q13、CP相角、物质效应、以及Dm232的符号有关，仅由一个观测量实际上无法同时确定它们的大小。而反应堆中微子振荡只跟q13相关，可以干净地确定它的大小，实验的周期与造价也远小于长基线中微子实验。从Reines和Cowan第一次发现中微子到第一次在KamLAND观测到反应堆中微子振荡，在这50多年历史中，反应堆中微子实验一直扮演着重要角色。特别是最近的Palo Verde、CHOOZ、以及KamLAND几个实验的成功，给未来的反应堆中微子实验提供了很好的技术基础，使q13的精确测量成为可能。

反中微子

中微子没有通常意义上的反粒子。其中反电子中微子是β衰变的副产品。目前观察到中微子只有左旋，而反中微子只有右旋。反中微子如同中微子只参与弱相互作用及重力作用。

由于中微子不带电荷，其可能即是自己的反粒子。带有这种性质的粒子称作马悠拉纳粒子。如果中微子确实是马悠拉纳粒子，我们便有机会观察到不放出中微子的双重β衰变。有许多实验试图去寻找这类的反应过程。

历史

1930年，奥地利物理学家泡利提出存在中微子的假设。1956年，柯温（C.L.Cowan）和弗雷德里克·莱因斯利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子，观测到了中微子诱发的反应：

反电子中微子+质子-----中子+正电子这是第一次从实验上得到中微子存在的证据。

1962年，美国布鲁克海文国家实验室的物理学家利昂·M·莱德曼等人发现了中微子有“味”的属性，证实了μ子中微子和电子中微子是不同的中微子。他们也因此获得1988年的诺贝尔物理学奖。2000年7月21日，美国费米国家实验室宣布发现了τ子中微子存在的证据。

1968年，美国物理学家雷蒙德·戴维斯等人在美国南达科他州的Homestake地下金矿中建造了一个大型中微子探测器，探测发现，来自太阳的中微子比理论预言减少了1/3，这就是太阳中微子问题。1998年6月5日，日本超级神冈探测器的科学家们宣布找到了中微子振荡的证据，即中微子在不同“味”之间发生了转换（电子中微子和μ子中微子间变换），这现象只在中微子的静止质量不为零时才会发生。然而这个实验只能测出不同“味”的中微子质量之差，尚不能测得其绝对质量。

1982年，日本科学家小柴昌俊在一个深达1000米的废弃砷矿中领导建造了神冈探测器，最初目标是探测质子衰变，也可以利用中微子在水中产生的切连科夫辐射来探测中微子。1987年2月，在银河系的邻

近星系大麦哲伦云中发生了超新星1987A的爆发。日本的神冈探测器和美国的Homestake探测器几乎同时接收到了来自超新星1987A的19个中微子，这是人类首次探测到来自太阳系以外的中微子，在中微子天文学的历史上具有划时代的意义。

20世纪90年代，神冈探测器经过改造，名为超级神冈探测器，容量扩大了十倍。1998年，超级神冈探测器首次发现了中微子振荡的确切证据，表明三种中微子是可以互相转换的，为解决太阳中微子问题指明了道路。

2001年，加拿大的萨德伯里中微子天文台发表了测量结果，探测到了太阳发出的全部三种中微子，证实了太阳中微子在达到地球途中发生了相互转换，三种中微子的总流量与标准太阳模型的预言相符合，基本上有解释了太阳中微子失落的部份。

2002年，雷蒙德·戴维斯和小柴昌俊因在中微子天文学的开创性贡献而获得诺贝尔物理学奖。

性质

粒子间的各种弱相互作用会产生中微子，而弱相互作用速度缓慢正是造就了恒星体内“质子-质子”反应的主要障碍，这也解释了为什么中微子能轻易的穿过普通物质而不发生反应。太阳体内有弱相互作用参与的核反应每秒会产生10的38次方个中微子，畅通无阻的从太阳流向太空。每秒钟会有1000万亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体，甚至在夜晚，太阳位于地球另一边时也一样。

探测

由于中微子与其他物质的相互作用极小，中微子的探测器必须够大，以求能观测到足够数量的中微子。为了隔绝宇宙射线及其他可能的背景干扰，中微子的探测仪器时常设立在地底下。

速度

在“中微子震荡”这个概念出现以前，根据狭义相对论而建立的中微子标准模型，中微子的质量应为零，并应该以光速行进。然而，近年的研究似乎开始对“中微子的质量是零”这个假设开始动摇，亦因此开始有人质疑中微子是否能够以光速行进。

科学家首次对中微子的速度进行侦测在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，就会产生μ子及中微子或电子中微子。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。后来当这个实验在其他地方重复时，测量中微子的方法改用了MINOS侦测器，测出了一颗能量为3 GeV的中微子的速度达1.000051(29) c。由于这个速度的中间值比光速还要快，科学家当时认为实验的不确定性太大，而实际上中微子的速度应该不可能超过光速。这个实验设定了50 MeV的渺中微子的质量上限。

同样的观测不单在地球上发现，当天文学家观测超新星SN 1987A的中微子爆发时，世界各地有三台中微子侦测器各自探测到5到11个中微子。有趣的是：这些侦测器是在SN 1987A爆发的光线来到地球之前3小时侦测到的。对于这个现象，当时科学家把它解说为因为“中微子于超新星爆发时比可见光更早被发射出来，而不是中微子比光速快”，而这个速度亦与光速接近。然而，对于拥有更高能量的中微子是否仍然符合标准模型扩展仍然有争议，当中微子违反了洛伦兹不变性而发生震荡，其速度有可能会比光速还要快。

2011年9月，位于意大利格兰萨索国家实验室(LNGS) 的OPERA实验宣布观测结果，并刊登于英国《自然》杂志。研究人员发现，中微子的移动速度比光速还快。根据这项对渺中微子的研究，发现当平均能级达到17 GeV的渺中微子从CERN走到LNGS，所需的时间比光子在真空移动的速度还要快60.7纳秒，即以光速的1.0000248倍运行，是实验的标准差10纳秒的六倍，“比光速快6公里”，是非常显著的差异。如果此结果确定证实的话，将会是理论物理学界的一大震撼，其中一方的说法是，如果真的有如此大的差异，从超新星飞来的中微子应该早到数年而不是数小时。为此，合作进行实验的欧洲粒子物理研究机构特地举办了一场网络发表会，详细说明的实验的方法以及各种误差的估算，同时邀请其他的实验机构能够重复相同的实验，来作为此结果的验证。然而，在2012年2月，CERN发现是连接GPS和电脑光纤的接头松动造成了中微子超光速的假象，但同时另一个与GPS信号同步的振荡器故障又可能导致实验结果低估中微子的速度。为此将在2012年5月重新进行试验进行检测。

1995年诺贝尔物理学奖——中微子和重轻子的发现

1995年诺贝尔物理学奖——中微子和重轻子的发现 1995年诺贝尔物理学奖的一半授予美国加州斯坦福大学的佩尔（Martin L.Perl，1927—），奖励他发现了τ轻子①，另一半授予美国加利福尼亚州欧文（Lrvine）加州大学的莱因斯（Frederick Reines，1918—），奖励他检测到了中微子。 佩尔和莱因斯是对轻子物理学作出重大贡献的两位美国物理学家。这是继鲍威尔（1950年发现π介子），张伯伦与西格雷（1959年发现反质子），丁肇中与里克特（1976年发现J/ψ粒子），鲁比亚和范德米尔（1984年发现W±、z0粒子），莱德曼、施瓦茨和斯坦博格（1988年发现中微子有不同属性），夏帕克（1992年发明多丝正比室）等人之后，国际科学界又一次将诺贝尔物理学奖这一殊荣授予实验高能粒子物理学领域的科学家，人数占本世纪后半叶的总领奖人数的12％。 从这一统计数字可以看出，50年代以来，实验高能粒子物理学的成就非常突出，是物理学界引以为豪的领域之一。 提到中微子的发现，应该先讲讲几件先驱的贡献。中微子的概念是1930年泡利首先提出的。当时摆在物理学家面前的疑难问题中有一个涉及β衰变。β衰变和α衰变及γ衰变不一样，放射性元素发出的β电子能量是连续分布的，不像α和γ射线具有明确的分立谱。而原子核的能态差是确定的，显然β衰变的连续谱是一种反常现象，不符合能量守恒定律的要求。是某种未知的过程在起作用，把能量带走了，还是能量守恒定律不适用于β衰变？在这个疑难问题面前，玻尔甚至都准备放弃能量守恒定律的普适性，他提出也许能量守恒定律只适用于统计性的过程。泡利是一位思想极为活跃的理论家，他在一封给同行的公开信中提出：“原子核中可能存在一种自旋为1/2，服从不相容原理的电中性粒子”。β衰变中失踪的能量也许就是这一察觉不到的中性粒子——中微子带走的。 费米支持泡利的设想，他在1934年正式提出β衰变理论，很好地解释了β能谱的连续性问题，不久这一理论得到了正电子衰变实验的肯定。然而，由于这种微小的中性粒子既不荷电，又不参与强相互作用，质量微不足道，它的存在一直未能得到实验验证。人们只能从能量和角动量的分析，论证这一幽灵式的基本粒子的存在和所起的作用。 在众多的探讨中微子的实验方案中，中国物理学家王淦昌提出的方案格外引人注意。他在40年代初从中国的抗战大后方向美国《物理评论》杂志提交了一篇简短的论文，建议把普通β衰变末态的三体，变为K俘获的二体，就有可能间接观测到中微子的存在。他还特别指出，可取Be→Li作为实验对象。这一建议立即受到实验物理学家的重视。1952年美国的戴维斯果然用这一方法取得了与理论预期值相符的实验结果，初步肯定了中微子的客观存在。 就在这个时候，直接捕捉中微子的工作也开始了。1953年美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）科学实验室的莱因斯和考恩（ClydeL.Cowan，Jr）领导的实验小组按下列方案探测到反中微子：

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

石墨烯介绍

1石墨烯概述-结构及性质 1.1 石墨烯的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中，如图1所示。每个碳原子除了以σ键与其他三个碳原子相连之外，剩余的π电子与其他碳原子的π电子形成离域大π键，电子可在此区域内自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单元，如图2所示，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。 图1 石墨烯的结构示意图 图2石墨烯：其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维 碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨 1.2石墨烯的性质 石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π 电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π 电子可在这种长程π 轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在石墨烯中的迁移率可达到15000cm2/(V·s)，相当于光速的1/300，在特定条件，如液氦的温度下，更是可达到250000cm2/(V·s)，远远超过其他半导体材料，如锑化铟、砷化镓、硅半

导体等。这使得石墨烯中的电子的性质和相对论性的中微子非常相似。并且电子在晶格中的移动是无障碍的，不会发生散射，使其具有优良的电子传输性质。同时，石墨烯独特的电子结构还使其表现出许多奇特的电学性质，比如室温量子霍尔效应等。由于石墨烯中的每个碳原子均与相邻的三个碳原子结合成很强的σ 键，因此石墨烯同样表现出优异的力学性能。最近，哥伦比亚大学科学家利用原子力显微镜直接测试了单层石墨烯的力学性能，发现石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度更是达到了130GPa，比最好的钢铁还要高100 倍。石墨烯同样是一种优良的热导体。因为在未掺杂石墨中载流子密度较低，因此石墨烯的传热主要是靠声子的传递，而电子运动对石墨烯的导热可以忽略不计。其导热系数高达5000W/(m·K), 优于碳纳米管，更是比一些常见金属，如金、银、铜等高10 倍以上。除了优异的传导性能及力学性能之外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质。由于石墨烯边缘及缺陷处有孤对电子，使石墨烯具有铁磁性等磁性能。由于石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。石墨烯也具备独特的光学性能，单层石墨烯在可见光区的透过率达97%以上。这些特性使石墨烯在纳米器件、传感器、储氢材料、复合材料、场发射材料等重要领域有着广泛的应用前景。 图3石墨烯的应用 2石墨烯聚酯复合材料的制备方法 由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为聚合物纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的聚合物/石墨烯复合材料，首先要保证石墨烯在聚合物基体中均匀分散。石墨烯的分散与制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯-橡胶界面有着密切关系。聚合物/石墨烯复合材料的制备方法主要有溶液共混、熔体加工、原位聚合和乳液共混四种方法。 2.1 溶液共混法 溶液共混法主要是采用聚合物本身聚合体系的有机溶剂,充分分散石墨烯于体系中，随着体系聚合反应进行，最后石墨烯均匀分散并充分结合于聚合物基体中，得到石墨烯/聚合物复合材料的一种方法。通常先制备氧化石墨烯作为前驱体,对其进行功能化改性使之能在聚合体系溶剂中分散，还原后与聚合物进行溶液共混，从而制备石墨烯/聚合物复合材料。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解聚合物的溶剂中。

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。

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)

石墨烯介绍

获奖者2010年10月5日，2010年诺贝尔物理学奖被授予英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的研究。 PPT1安德烈·海姆，1958年10月出生于俄罗斯，拥有荷兰国籍，父母为德国人。1987 年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位。他于2001年加入曼彻斯特大学，现任物理学 教授和纳米科技中心主任。之前拥有此荣誉头衔的人包括卢瑟福爵士，卢瑟福于1907-1919年在曼 彻斯特大学工作。 他至今发表了超过150篇的文章，其中有发表在自然和科学杂志上的。他获得的奖项包括2007 年的Mott Prize和2008年的Europhysics Prize。2010年成为皇家学会350周年纪念荣誉研究教授。 在2000年他还获得“搞笑诺贝尔奖”——通过磁性克服重力，让一只青蛙悬浮在半空中。10年 后的2010年他获得诺贝尔物理学奖。 2010年医学奖：荷兰的两位科学家发现哮喘症可用过山车治疗。 和平奖：英国研究人员证实诅咒可以减轻疼痛。 PPT2康斯坦丁·诺沃肖洛夫，1974年出生于俄罗斯，具有英国和俄罗斯双重国籍。2004年在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。是安德烈·海姆的博士生。 曼彻斯特大学目前任教的诺贝尔奖得主人数增加到4名，获得诺贝尔奖的历史总人数为25位。发现 石墨属于混晶，为片层结构，层内由共价键相连，层间由分子间作用力相连。共价键是比较牢固的，但分子间作用力（范德华力）小得多。因此，石墨的单层是牢固的，而层间作用力很小，极易脱落。 2004年，他们发现了一种简单易行的新途径。他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。 结构

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

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。

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:

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。

“隐形人”中微子“现身”.doc

“隐形人”中微子“现身” 作者：黄订 来源：《发明与创新(学生版)》2012年第06期 2012年3月8日，973计划项目首席科学家，大亚湾中微子实验国际合作组王贻芳在北京宣布：大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡，并且测量到了其振荡几率。这一消息的发布，整个物理学界顿时热血沸腾，意味着人类了解宇宙的旅程又进了一步。 中科院理论物理所研究员李淼称，这是一个诺贝尔奖级别的成果，因为对中微子振荡前两种模式的研究都获得了诺贝尔奖。并且美国杰佛逊国家加速器实验室副主任罗伯特·麦克欧文说，这是中国本土迄今为止最重要的物理学成果。 1930年，在研究β衰变（中子在衰变成质子和电子）时，发现了能量会出现亏损。当时物理学上著名的哥本哈根学派鼻祖尼尔斯·玻尔据此认为，β衰变过程中能量守恒定律失效。 1931年春，国际核物理会议在罗马召开，当时世界最顶尖的核物理学家汇聚一堂，其中有海森堡、泡利、居里夫人等。泡利在会上提出，β衰变过程中能量守恒定律仍然是正确的，能量亏损是因为中子作为一种大质量的中性粒子，在衰变过程中变成了质子、电子和一种质量小的中性粒子，正是这种小质量粒子将能量带走了。 泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子。1933年这种粒子正式命名为中微子，1956年才被观测到。 中微子被发现后，科学家们就将其称为“是一件令人兴奋的真正的科学奇谈”。中微子是构成物质世界的基本粒子之一，与其他粒子相比，它个性十足，不带电，质量极小，几乎不与其他物质作用，在自然界中广泛存在。 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。中微子能以光速贯穿地球如入“无物之境”，且不带来任何影响，因此被称为“幽灵粒子”或者“鬼粒子”，有的人也把它称为“隐身人”。 在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，这使得它的检测非常困难，以致于在1956年才被观测到。这项试验由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯完成。 中微子是一种难以捉摸的基本粒子，有三种类型，即电子中微子、μ（缪）中微子和τ（涛）中微子。1968年，美国物理学家雷蒙德·戴维斯首次发现，来自太阳的电子中微子数目比理论预言的要少。难道中微子在飞行的过程中消失了？这个现象，就被称作“太阳中微子消失之谜”。

原子物理学

《原子物理学》课程 一．课程简介 课程号: 06120850 课程名称: 原子物理学 英文名称：Atomic Physics 周学时: 3 学分: 3 预修课程: 微积分, 大学物理(力学, 热力学, 光学, 电磁学) 课程性质：专业课 授课对象：物理专业大学生 内容简介：（中英文） 《原子物理学》是物理学本科专业的一门重要基础课。内容包括原子模型、电子自旋和原子磁矩、元素周期律、X射线、核模型、核衰变、核反应、核裂变与聚变等内容。通过学习，不仅可掌握原子和原子核物理方面的基础知识，还可了解量子力学的基本概念和实验背景，为以后近代物理学的学习打下扎实基础。 This course is a degree program for undergraduate students in the department of physics, Zhejiang University. The contents of the course include the models of atoms, spin of electrons and magnetic moment of atoms, periodic law of the elements, X-ray, models of the nuclei, decay of the nuclei, nuclear reactions, nuclear fission and fusion etc. After study the course, students will understand the basic knowledge of atomic and nuclear physics, the basic ideas and experimental background of quantum physics, which are very important for further studying modern physics. 二．教材和参考书 1.教材:《原子物理学》, 杨福家著, 高等教育出版社, 第四版，2010年12月1日 2. 参考书: （1）《原子物理学》,苟清泉主编, 高等教育出版社, 1983年版 （2）《原子物理学》,卢希庭主编, 原子能出版社, 1982年版 （3）《原子物理学》，褚圣麟主编，人民教育出版社，1979年6月版 （4）《Physics of Atoms and Molecules》, B. H. Bransden and C. J. Joachain, 1983

带你认识“幽灵粒子”--中微子

带你认识“幽灵粒子”--中微子 宇宙大爆炸时，在第一秒钟内就产生了无数的中微子。这些中微子却是基本粒子中人类了解最少的，它们就像飘散在空间中的“幽灵”，没有人知道它们如何在空间中存在。 科学家一直在努力寻找它们。18年前专家回国，同国内的科学家一起推动我国的中微子实验研究，实现从无到有，走到世界前列。 捕捉“幽灵粒子”，关键要有大的科学装置。中国到底应不应该建大型粒子对撞机？这个问题，曾引发物理界的大讨论。杨振宁、丘成桐等物理学家围绕建大型对撞机是否必要、300多亿元人民币的预算是否太高、技术方案是否可行等展开过激烈辩论，可谓针尖对麦芒。 作为大型环形正负电子对撞机（CEPC）的主要提出者和推动者，专家坚称，“开建大型对撞机，是中国在高能物理领域领先国际的一个难得的机遇。” 对撞机有什么用？专家解释，它可以将两束电性相反的带电粒子加速到很高的能量，然后让粒子迎头相撞，继而产生希格斯粒子。通俗点说，有了加速器，将方便科学家理解神秘的希格斯粒子，探索宇宙早期演化等一系列未解的物理规律。 但到底要不要建，国内的争议还在持续。今年1月，欧洲核子研究中心公布了环形对撞机（FCC）的《概念设计报告》，他们计划投巨资分两步建超级对撞机。“我们和欧洲的方案都准备建周长100公里的环形轨道，走先电子对撞、后质子对撞的技术路线，这也验证了我们方案的正确性和可行性。”专家说。 专家的立场来源于20多年对粒子物理学的研究。 1984年，专家从南京大学物理系毕业，正赶上著名物理学家丁肇中招收高能物理研究生，系里推荐了专家参加。顺利通过考核的专家，毕业后赴欧洲核子中心开始参与丁肇中领导的高能正负电子对撞机的物理实验。 从意大利佛罗伦萨到瑞士日内瓦，专家在丁肇中的指导下度过了从研究生到博士后的11年，在正负电子对撞的研究上积累了经验。 专家是个喜欢挑战的人。1996年，他开始关注许多科学家在捕捉的中微子。 什么是中微子？专家打了个比方，就像盖房子需要砖，基本粒子就像是构成物质世界的砖块。砖块一共12种，其中3种就是被称为“幽灵粒子”的中微子。“宇宙大爆炸时，在第一秒钟内就产生了无数的中微子。它是基本粒子中人类了解最少的一个，也是破译宇宙起源与演化密码最重要的钥匙之一。通过研究中微子，才能知道宇宙是如何形成的。” 1996年，专家加入了国外一个中微子实验项目，并成为小组的骨干成员。