第五百一十三章 第四種中微子

學霸的科幻世界 第五百一十三章 第四種中微子

“龐教授，你的意思是，理論上可能存在第四種中微子，這種中微子沒辦法通過z玻色子衰變觀測到？”

中科院高能物理所的實驗室內，高能物理研究所所長喬安華看著龐學林，皺眉道。

過去半年間，龐學林也沒閑著。

提出地球大炮工程的同時，也貢獻了不少數學、物理領域的頂級論文。

有些是他以前的科研成果，有些干脆源自于系統獎勵。

因此，目前在科學界，龐學林的名號算的上響當當。

這也是他提出有可能存在第四種重中微子，喬安華沒有直接反駁的原因。

龐學林點頭微笑道“按照我給出的模型計算結果，確實應該存在這樣一種重中微子。”

“可是……為什么我們到現在都沒有發現這種中微子的存在？”

喬安華問到了問題的關鍵。

人類第一次探測到中微子，是1956年美國物理學家萊尼斯和科恩小組，利用薩瓦納河工廠的反應堆，進行的一次實驗。

實驗反應堆產生強大的中子流并伴有大量的β衰變，放射出電子和反中微子，反中微子轟擊水中的質子，產生中子和正電子，當中子和正電子進入到探測器中的靶液時，中子被吸收，正電子與負電子湮滅，產生高能γ射線，從而來判定反應的產生。

雖然反中微子通量高達每秒每平方厘米5x10的13次方個，但當時的探測記數每小時還不到3個。

1983年，物理學家在日本岐阜縣利用“切倫科夫輻射”原理建立了超級神岡探測器。

超級神岡探測器的主體部分是一個建設在地下1000米深處的巨大水罐，盛有約5萬噸高純度水，罐的內壁則附著11萬個光電倍增管，用來探測中微子穿過水中時發射出的切倫科夫光，從而捕捉到中微子的蹤跡。

所謂切倫科夫輻射是指當帶電粒子在介質中穿行時，其速度超過光在介質中的速度u時就會發生切倫科夫輻射，發出切倫科夫光。

具體來說，當中微子束穿過水中時，與水原子核發生核反應，生成高能量的負μ子。由于負μ子在水中以099倍光速前進，超過了水中的光速（075倍光速），所以它在水中穿越六七米長的路徑便會發生“切倫科夫效應”，輻射出所謂的“切倫科夫光”。

這種光不但囊括了038076微米范圍內的所有連續分布的可見光，而且具有確定的方向性。

因此，只要用高靈敏度的光電倍增列陣將“切倫科夫光”全部收集起來，也就探測到了中微子束。

從某種意義上說，這也是中微子通信技術的基本原理。

而現在，已經是2075年，不同種類的中微子探測技術早已成熟，但除了此前提到過的三種中微子外，人類并沒有發現第四種中微子的存在。

理論部分和實驗，要么是理論有問題，要么是實驗存在問題！

站在喬安華的角度看，怎么都是龐學林的理論有問題。

龐學林微微一笑，說道“喬教授，我們現在是怎么確定中微子的不同分類的？”

喬安華想了想，說道“從實驗角度來說，中微子按照總是（量子力學的幾率效應）伴隨它們一起參與弱反應的輕子來分類。”

“比如發現中微子的anrees實驗，科學家們先假設核反應堆里進行著的β衰變反應會產生中微子。這些中微子從反應堆里飛出來后，在反應堆外放置適當的探測裝置進行探測。裝置中盛放的液體（氯化鎘）含有大量質子，理論預期中微子與質子有逆β衰變反應。其中正電子可以與探測液體中的電子發生湮滅產生光，然后通過光電效應傳感器讀出這一光信號（以及光信號到達的時間、能量等等）。而中子可以被液體中的重金屬（鎘）吸收然后放出光，這個過程稍慢點。anrees實驗看到了前后兩個光信號，且光信號符合預期，那么就說存在逆β衰變反應，進而證明了存在中微子。”

“對這一實驗進一步分析，正負電子湮滅產生的光信號說明了核反應堆產生的中微子伴隨著正電子出現，所以這個實際上為反電子中微子。早期的太陽中微子發現者ray

davis曾嘗試過同樣利用核反應堆的中微子，用這一反應來檢測。但是從核反應堆他得不到預期的結果。后來這一同樣反應被用在探測太陽中微子上，是可以看到結果的。這個說明伴隨著e和e反應的中微子是不同的。核反應堆產生的是反電子中微子，而太陽核反應產生的是電子中微子。這個的根本原因來自于核反應左右兩邊除了要求電荷守恒外，還要求輕子數守恒。正電子、反電子中微子的輕子數記為e，電子、電子中微子的輕子數是e。”

“其后，lederan等人研究加速器里產生的中微子。加速器中產生的中微子主要來自π介子衰變。他們期待兩個逆β衰變反應。然而，他們沒有觀測到反應1，只有反應2。這個說明加速器產生的中微子，在逆β衰變反應過程中總是伴隨著正繆子而非正電子。繆子和電子的性質相仿，但質量更大。它們歸類為輕子。這說明輕子數守恒還要細分成電子輕子數守恒和繆子輕子數守恒。因此他們觀測到的須是反繆子中微子。”

“第三種中微子在更高能量的加速器tevatron上被發現(donut實驗)。跟之前類似，它們在反應時伴隨著陶子。陶子也是輕子的一種，但是質量更大，甚至大于質子，因此需要更大的能量來制造（由愛因斯坦質能方程），這也是陶子和陶子中微子發現得較晚的原因。類似地，對陶子也要引入了一個陶子輕子數。其中，中性流通道對所有種類中微子都能探測，帶電流通道只能探測電子中微子，而與電子的彈性散射反應中，電子中微子的反應幾率更高。這樣通過分析中性流通道的探測結果，可以得到所有種類中微子的總量，而分析帶電流探測結果可以得到電子中微子的量，從而算出電子中微子的轉化概率。”

喬安華不疾不徐，將如何分別三種不同種類的中微子跟龐學林講述了一遍。

龐學林微微一笑，說道“喬教授，你應該知道，不同味的中微子，可以通過中微子振蕩進行相互轉化，那你有沒有考慮過轉化的過程中，會不會產生新的中微子呢？”

喬安華微微一愣，不解地看著龐學林道“龐教授，你的意思是？”

龐學林道“我的想法是，是否存在一種惰性中微子，比如電中微子轉化成陶中微子，首先通過中微子振蕩，轉化為這種惰性中微子，然后再由這種惰性中微子轉變為陶中微子，陶中微子轉化為繆中微子時，同樣通過這種惰性中微子進行轉化，只是這個過程的時間太短，以至于我們現在都沒有足夠的辦法進行檢測！”

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