中微子探測器

中微子探測器是觀測中微子的實驗設備。 由於中微子只參與弱相互作用,一般探測器需要建造得夠大,以接收到足夠數量的中微子訊號。 中微子探測器一般會選擇建造在地底深處,以禁止宇宙射線以及其它背景輻射。中微子天文學目前仍未成熟,現今已確認來自地球以外的訊號來源只有太陽和超新星SN 1987A。然而未來中微子觀測站將“為天文學家提供透析宇宙的展新視野”。

基本介紹

  • 中文名:中微子探測器
  • 外文名:Neutrino detector
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簡介

中微子探測器是觀測中微子的實驗設備。 由於中微子只參與弱相互作用,一般探測器需要建造得夠大,以接收到足夠數量的中微子訊號。 中微子探測器一般會選擇建造在地底深處,以禁止宇宙射線以及其它背景輻射。中微子天文學目前仍未成熟,現今已確認來自地球以外的訊號來源只有太陽和超新星SN 1987A。然而未來中微子觀測站將“為天文學家提供透析宇宙的展新視野”。
中微子的探測方法有許多種。

中微子觀測站

  • 神岡探測器(日本),啟用於1983年。
  • 超級神岡探測器(日本),1990年代在神岡探測器的基礎上擴建。
  • 薩德伯里中微子觀測站(加拿大),啟用於1999年。
  • IceCube中微子觀測站(美國),啟用於2010年。
  • 巴克三中微子觀測所(前蘇聯),啟用於1977年。

中微子

中微子義大利語Neutrino,其字面上的意義為“微小的電中性粒子”,又譯作微中子)是一種電中性的基本粒子自旋量子數為½,以希臘字母ν標記。現在已經有證據表明其具有質量。但其質量即使相比於其他亞原子粒子也是非常微小的。它可能是現在唯一一種已探測到的暗物質,是一種熱暗物質
由於中微子是電中性的,同時還是一種輕子,因而其並不參與電磁相互作用以及強相互作用。其只參與弱相互作用以及引力相互作用。由於弱相互作用作用距離非常短,而引力相互作用在亞原子尺度下又是十分微弱的,因而中微子在穿過一般物質時不會受到太多阻礙,且難以檢測。
中微子可以通過放射性衰變以及核反應等多種方式產生。由於太陽內部時時刻刻都在發生著核反應,而超新星產生等過程也會伴隨著劇烈的核反應,因而在宇宙射線中可以檢測到中微子的存在。地球附近所檢測到的中微子大多來源於太陽。事實上,地球面向太陽的區域每秒鐘在每平方厘米上都會穿過大約650億個來自太陽的中微子。
人們現在認識到中微子在飛行過程中會在不同味間振盪,比如β衰變中產生的電中微子可能在檢測時會變為μ中微子或τ中微子。這一現象表明中微子具有質量,且不同味的中微子的質量也是不同的。依據現在宇宙學探測的數據,三種味的中微子質量之和小於電子質量的百萬分之一。

弱相互作用

弱相互作用(又稱弱力弱核力)是自然的四種基本力中的一種,其餘三種為強核力電磁力萬有引力次原子粒子的放射性衰變就是由它引起的,恆星中一種叫氫聚變的過程也是由它啟動的。弱相互作用會影響所有費米子,即所有自旋為半奇數的粒子。
粒子物理學標準模型中,弱相互作用的理論指出,它是由W及Z玻色子的交換(即發射及吸收)所引起的,由於弱力是由玻色子的發射(或吸收)所造成的,所以它是一種非接觸力。這種發射中最有名的是β衰變,它是放射性的一種表現。重的粒子性質不穩定,由於Z及W玻色子比質子或中子重得多,所以弱相互作用的作用距離非常短。這種相互作用叫做“弱”,是因為β衰變發生的機率比強相互作用低很多,表示它的一般強度比電磁強核力弱好幾個數量級。大部分粒子在一段時間後,都會通過弱相互作用衰變。弱相互作用有一種獨一無二的特性——那就是夸克味變——其他相互作用做不到這一點。另外,它還會破壞宇稱對稱及CP對稱。夸克的味變使得夸克能夠在六種“”之間互換。
弱力最早的描述是在1930年代,是四費米子接觸相互作用的費米理論:接觸指的是沒有作用距離(即完全靠物理接觸)。但是現在最好是用有作用距離的場來描述它,儘管那個距離很短。在1968年,電磁與弱相互作用統一了,它們是同一種力的兩個方面,現在叫弱電相互作用。
弱相互作用在粒子的β衰變中最為明顯,在由氫生產重氫的過程中(恆星熱核反應的能量來源)也很明顯。放射性碳定年法用的就是這樣的衰變,此時碳-14通過弱相互作用衰變成氮-14。它也可以造出輻射冷光,常見於超重氫照明;也造就了β伏這一套用領域(把β射線的電子當電流用)。

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