中微子和反中微子“二律背反”

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西柚
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中微子可能是本身的反粒子,它的神异性也许暗躲了若何解开早期宇宙“反物量往哪儿”难题的线索,宇宙学和天文学家相信,早期宇宙“红方”的物量队胜出,“蓝方”的反物量队失败,今日宇宙的构成几乎难觅反物量的踪迹,可见的和不成见的物量属于正物量一类。几乎每一个物量粒子都有同伴的反物量粒子,正物量粒子和反物量粒子有同样的量量和相反的电荷。正中有反,反中有正”的中微子悄无声息地穿越地球和人们的身体,不带走一丝人们的饮彩,从中微子和其它物量粒子的彼此感化中展示了本身的特征,科学家从中揣度捕获的中微子是正粒子,仍是反粒子。

特定中微子和反中微子的性量让科学家感应迷惘不解,它们也许是统一个粒子,或中微子可能是本身的反中微子,不但是中微子和正反粒子产生了重合,胶子、希格斯波色子也被认为是它们本身的反粒子,假设科学家发现了中微子是本身的反中微子,那么如许的发现繁殖了新的线索,中微子也许从某个处所获得了细小的量量,它们在物量占主导地位的今日宇宙也许饰演了一个关键性的角色。

狄拉克对阵马拉纳

反物量概念最早呈现在1928年,其时的英国物理学家保罗·狄拉克创建了闻名的狄拉克方程,他的物理研究体例产生了震动性的影响,狄拉克出力找到一个问题的谜底:当电子以接近光速运动时发作了什么现象,但狄拉克的计算呈现了一种希罕的情形,电子有时需要照顾负能量。西北大学的理论物理学家安德烈·德·古维尔阐明说,当狄拉克写下闻名的方程式时,他已经意识到反粒子的存在,从他的方程式能够推导出反粒子。1932年,物理学家卡尔·安德森发现了狄拉克揣测的电子的反粒子同伴,安德森将电子的反粒子称为正粒子或“正电子”,正电子和电子构造不异,但正负电子照顾的电荷相反。

中微子和反中微子“二律背反”

狄拉克揣测的反粒子除了有相反的电荷以外,反物量粒子还有相反的手性。当一个运动的粒子沿同样的标的目的扭转时,它被认为偏右手性;当一个运动的粒子沿相反的标的目的扭转时,它被认为偏左手性。狄拉克方程容许中微子和反中微子表示为两种差别的粒子,以此可能存在4品种型的中微子,即:左手性和右手性中微子;左手性和右手性反中微子。假设中微子没有量量,那么科学家就会揣度,只要左手性中微子和右手性反中微子存在的可能。1937年,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳初次公布了一个理论,他认为中微子和反中微子现实上是统一种粒子,马约拉纳方程式描述了中微子有量量的情形,有量量的中微子可能转化为反中微子,然后再一次转化为中微子。

物量和反物量不服衡

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中微子的量量能否为零?始末是一个谜题,曲到1998年,其时的日本超等神冈探测器和加拿大的萨德伯里中微子看测站的物理学家在尝试中发现,中微子含有一丁点量量,2015年,两个科学团队的尝试功效得到了诺贝尔物理学奖委员会的承认,从那时起头,中微子物理的尝试研究敏捷地涉及到亚洲、欧洲和美洲,而科学家正在觅觅中微子有本身反粒子的线索,此中的关键证据与所谓的轻子数守恒定律有关,而轻子数守恒是粒子物理的根本法例,那意味着轻子和反轻子数量在彼此反响的过程中连结稳定,或在彼此反响事务发作的前后,轻子和反轻子数量相等。

宇宙物理学家凡是认为,在宇宙大爆炸发作的霎时,宇宙含有同样数量的物量和反物量,两品种型的物量粒子发作了彼此感化,在正反粒子发作彼此湮灭的感化中,什么物量也不克不及留下,湮灭的物量全数转化为能量,但确实有一些物量“存活”下来,今日宇宙存在大量的物量。假设发现轻子数的不守恒现象,那么将会呈现一个“破绽”,科学家以此能够阐明目前宇宙中物量和反物量数量不服衡的问题,中微子的彼此感化可能是显示破绽存在的场合。

无中微子双贝塔衰变

斯坦福曲线加速器中心(SLAC)的理论物理学家亚历山大·弗里德兰德是中微子研究的权势巨子之一,他阐明说科学家正在觅觅那些违背轻子数守恒的事务,搜刮对象落在了所谓的双贝塔衰变过程,在凡是情形下,双贝塔衰变中的一个原子核会衰为差别的原子核,同时放射出两个电子和两个反中微子,轻子物量和轻子反物量在衰变过程的前后连结了平衡或轻子数守恒。假设中微子是本身的反粒子,那么反中微子在双贝塔衰变时被释放出来,那些中微子可能发作了彼此的湮灭感化,从而毁坏了轻子数的守恒定律,物理学家称之为无中微子双贝塔衰变,中微子彼此湮灭的过程可能偏好物量,丢弃反物量,从而产生物量和反物量数量的不服衡。

中微子和反中微子“二律背反”

在人们理解粒子若何获得它们的物量存在时,无中微子双贝塔衰变可能引起一场深入的变化,从中产生一些十分高能级的新物理法例,在人们晓得和倾力的粒子物理原则模子之外,也许存在某种新物理学。中微子和反中微子可能差别,有两种中微子和反中微子态,似乎狄拉克方程式显示的那样,别的两种中微子和反中微子态似乎丢失了,物理学家至今没有找到。

对无中微子双贝塔衰变法例的发现也许成为一种迹象,马约拉纳提出过替代性的中微子和反中微子概念,已有一些十分差别的尝试,那些尝试与暗物量尝试有类似性,从外表上看来,两种尝试的情况都十分平静,都有明哲保身的探测器,制止了外界的放射性骚乱,“过滤”了急躁心理的科学家一门心思地研究原子核的对象。物理学家目前仍然在评估对难以揣摩粒子的理解,耶鲁大学的雷纳·丸山传授参与了一种无中微子双贝塔衰变尝试,他认为在中微子物理学范畴有许多令人食惊的现象,科学家根究了未知现象的物理意义,而阐明未被阐明的物理现象,那是物理学家遭遇和感触感染的实正机遇和挑战。

假设宇宙最早期的物量数量和反物量数量刚好相等,那么物量世界将不会存在,人类不克不及降生,物量世界的存在和人类的降生根源于物理学的法例,人们对物理学法例的熟悉不竭深进。不是什么都没有,至少物量世界的存在决定了“我思故我在”。天文学家比来在太阳系边沿发现了“第九颗行星”,设想了时间倒流的镜像宇宙,指出了最远远的星系也是最暗淡的星系,类星体是最亮堂,最强能量的早期星系,天文学家发现了来自河外星系的伽玛射线,在银河系发现了“第二个黑洞”,太阳磁场走向反转,造定了月球资本开摘的方案,发射了各类太空探测器等。天体不会停行演变的程序,人类不会停留在既有的科技程度上。

中微子和反中微子“二律背反”

(编译:2016-1-21)

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