反中微子是什么?反物质又是什么?

海宁皮革城2023-02-01  31

是中微子的反粒子。

其质量、电荷、自旋和磁矩与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。

1930年,奥地利物理学家泡利提出存在中微子的假设。1965年,柯温(C.L.Cowan)和莱茵斯(F.Reines)利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子。

反物质是一种假想的物质形式,在粒子物理学里,反物质是反粒子概念的延伸,反物质是由反粒子构成的,如同普通物质是由普通粒子所构成的。物质与反物质的结合,会如同粒子与反粒子结合一般,导致两者湮灭,且因而释放出高能光子或伽玛射线。1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在。随后又发现了负质子和自旋方向相反的反中子。 反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子时,镜中的那个你如果真的存在,并出现在你面前,会怎么样呢?科学家们已经考虑过这个问题,他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界,它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分。

粒子物理学的一项重大发现提醒我们稳健的初步结果的重要性,并为更令人兴奋的发现铺平了道路。

核武器物理学家克莱德·考恩(Clyde Cowan)和弗雷德里克·莱因斯(Frederick Reines)认为中微子是“人类所能想象到的最小的物质实体”

大约138亿年前,在大爆炸的时候,宇宙早期的每一个物质粒子都应该和反物质一起被创造出来。反物质与物质完全相同,但具有相反的物理性质,如电荷。至少,这是目前的理论所提出的

对于物理学家来说,最大的谜团就是为什么在当前的宇宙中似乎有比反物质更多的物质。但是,这也是一样—如果两者的数量相等,则每个粒子将在能量的燃烧中相互抵消,从而使宇宙中仅充满光子和暗物质。但萨哈罗夫是对的吗?由数百名物理学家组成的国际合作团队正在进行一项名为“Tokai to Kamioka”(或称T2K)的粒子物理学实验,该实验暗示了他可能曾经存在过。

在T2K实验中,中微子是在日本东海岸东海的日本质子加速器研究中心(J-PARC)产生的。从那里,它们被发射到地下,向西海岸一个名为超级神冈德的中微子天文台行进295公里。天文台的中心是一个巨大的水箱,里面排列着成千上万个探测器,准备捕捉中微子与水相互作用时发出的光。

由于中微子发生相互作用的机会非常小,因此这类实验需要花费数年的时间才能收集足够的数据,以便科学家得出有意义的结论。T2K用了十年的时间才从J-PARC发生的大约1020次潜在的中微子碰撞中检测到90个中微子和15个反中微子。

利用这些数据,T2K合作项目测量了中微子在不同物理特性(物理学家称之为“口味”)之间振荡的概率。然后,研究小组用反中微子做了同样的实验,并比较了数据。如果物质和反物质是完全对称的,它们的概率应该是相同的。然而,研究结果表明,事实并非如此。T2K检测到,中微子在300公里的旅程中改变味道的可能性比正常情况下更高,而产生反中微子的可能性也相应更低。

如果这一发现得到证实,那么萨哈罗夫1967年提出的物质和反物质具有不同性质的解释就更有说服力了。但有一个警告:目前的发现不满足5-西格玛(So)——粒子物理学家通常要求将结果视为一项发现——所需的信心水平。目前的T2K结果在统计意义上处于3o水平,如果完全排除物质-反物质的对称性,这一数值将下降到2o。

即便如此,在粒子物理学的实验可能需要几十年才能规划和建立的过程中,发表这样的基础研究成果还是很重要的。因此,尚未达到如此重要程度的研究结果,对于公众决定未来的投资具有至关重要的作用。

研究人员本可以等待更长时间。但即使他们有,T2K实验也不太可能提供过终点线所需的额外数据。为了达到5o,物理学家需要下一代中微子探测器的结果。幸运的是,有三种这样的探测器即将投入使用:hyperkamiokande,位于Super-Kamiokande附近,预计在2027年开始工作美国的《沙丘》(预计2025年开始)和中国的《IUNO》(计划于2022年率先上线)。

时间会证明这些初步观察是否站得住脚。但是,在高能物理学的巨额投资受到越来越多的审查之际,这一结果强化了继续寻找宇宙中一些最深奥奥秘的答案的重要性。

地球深处发现反中微子 有望揭示地热来源:

意大利科学家表示,他们在地球内部很深的地方探测到了反物质粒子,这些粒子可能源于地球内部的放射性衰变,研究这些粒子,有助于科学家更好地理解地球内部的热流如何影响火山和地震等地表活动。

意大利国家原子物理研究所巨石峰国家实验室的研究人员在一个尼龙球探测器里发现了这些反物质——反中微子。反中微子是中微子对应的反物质粒子,其性质跟中微子正好相反。它是一种非常轻的中性带电粒子。在太阳内部,当宇宙射线击中一个正常原子时,就会产生反中微子。反中微子很难被发现,因为它们几乎可以穿透任何东西,而不与其发生反应。位于日本神冈矿的KamLAND实验装置于2005年首次探测到了反中微子可能存在的迹象。


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