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中微子消失,是错误还是新粒子?

2018-02-02 21:02:57

中微子消失,是错误还是新粒子?_外星探索

在大亚湾中微子消失是因为简单的失误,还是新粒子的诞生呢? 大亚湾反应堆中微子实验的论文《大亚湾反应堆中微子流强和能谱的演化》在《物理评论快报》上...

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主题:中微子 | 医源世界

按照粒子物理标准模型的预测,中微子没有质量,也...有一部分颁给新粒子的发现者的,有一部分颁给...这个存储系统的底层读取错误率为每百万比特只有...

大亚湾新发现:消失中微子?也许算了核反应_搜狐科技_搜狐网

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中微子有多大?_百度知道

1个回答 - 提问时间: 2014年06月23日

中微子是组成自然界的最基本的粒子之一,常用符号ν表示。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。 粒子物理的研究...更多关于中微子消失,是错误还是新粒子?的问题gt;gt;

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我国基础科学领域最大的国际合作项目——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。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...深圳到泰国旅游报价深圳到泰国旅游报价泰国组团旅游泰国组团旅游泰国游报价泰国游报价Dialight LED 507-3916-1473-600F Datasheet Dialight LED 507-3916-1475-600 Datasheet MRF5812LF Datasheet MRF5812LFR1 Datasheet 黄山出发去安道尔旅游 黄山出发去安道尔旅游 黄山出发去安道尔旅游 黄山出发去安道尔旅游 黄山出发去安道尔旅游 黄山出发去安道尔旅游 黄山出发去安哥拉旅游 黄山出发去安哥拉旅游 黄山出发去安哥拉旅游 黄山出发去安哥拉旅游 黄山出发去安哥拉旅游 黄山出发去安哥拉旅游

不得不说有时候我们的某个失误可能让我们有惊人的发现,比如肥皂的发明,青霉素的发现等等。在大亚湾中微子消失是因为简单的失误,还是新粒子的诞生呢?

大亚湾反应堆中微子实验的论文《大亚湾反应堆中微子流强和能谱的演化》在《物理评论快报》上正式发表,编辑部同时在《物理》上配发法国科学家Muriel Fallot的观点文章《弄清反中微子反常》予以解读。此前,该项成果就得到了《科学》、《今日物理》等十几家科学媒体的报道。

 大亚湾中微子探测实验装置 图片来源:Roy Kaltschmidt大亚湾中微子探测实验装置 图片来源:Roy Kaltschmidt

  从2011年起,“反应堆中微子反常”现象就一直困扰着物理学家,即实验上探测到的反应堆中微子数目总是比理论模型预期的少。一种理论解释是部分中微子转变成了一种未知的、不可探测的粒子,即所谓的“惰性中微子”。大亚湾实验这篇论文分析了中微子数目随核燃料成份的演化,给出了一个更简单的解释:核燃料中一种成份的中微子产额计算不正确。

  中微子是宇宙中数量最多的物质粒子,具有很多奇特性质。由于它几乎不与其它物质发生反应,极难探测,存在很多未解之谜。2015年诺贝尔物理学奖就授予了十几年前发现“中微子振荡”现象的两名科学家。

  反应堆中微子是反应堆发电过程中的核反应副产物。由于中微子难以探测,能产生海量中微子的核反应堆就成了科学家青睐的中微子源。一个百万千瓦的反应堆每秒钟能产生6万亿亿个中微子,而大亚湾实验一个百吨重的探测器只能捕捉到其中的0.005个。1956年首次探测到的中微子就是反应堆中微子。2002年日本KamLAND实验首次发现了反应堆中微子振荡,这种振荡与太阳中微子振荡性质一样,证实了太阳中微子振荡现象。2012年大亚湾反应堆中微子实验发现了新的中微子振荡模式。

  这些重要实验都需要计算反应堆到底释放出多少中微子,它们的能量分布是怎样的,以便与探测结果比较。几十年来计算精度也在不断提高。在大部分商用核反应堆中,能量主要来自4种同位素——铀235、铀238、钚239、以及钚241的裂变,中微子也来自它们裂变产物的后续衰变,大约带走5%的能量。利用核数据库,对一千多种裂变产物的复杂衰变模式求和,可以给出中微子的数目和能量分布,几种计算方法的精度大约是10%。20世纪80年代后,实验上测得了几种纯裂变材料释放的电子能谱,然后反解出中微子能谱,精度达到2%,这是现在主要采用的模型。但是从2011年起,采用这种计算方法得到的更准确的中微子数与实验结果相差了6%,称为“反应堆中微子反常”。

  在进行中微子振荡研究时,为了消除这个不确定性,大亚湾实验采用了远近相对测量,远点实验站测得的中微子数不直接与模型计算比较,而是与近点实验站测得的中微子数比较。这样得到的中微子振荡结果基本上与理论模型无关。但是,为什么会出现“反应堆中微子反常”是另一个很重要的研究课题。

  核燃料的初始成份是铀238和富集到百分之二到百分之五的铀235,后者是主要的裂变材料。在反应堆运行中,铀238捕获中子,变成钚239、钚241以及其它同位素,称为增殖。钚239和钚241也是裂变材料,它们也逐渐贡献能量和中微子。增殖出来的钚可以通过化学方法提纯,比富集铀235容易得多,因此也是核武器监控的主要对象。

在一年左右的时间周期内,一个典型商用反应堆中四种同位素对能量的贡献比例。(中国物理C,41,013001(2017))在一年左右的时间周期内,一个典型商用反应堆中四种同位素对能量的贡献比例。(中国物理C,41,013001(2017))

  反应堆一般以恒定的功率发电。每次裂变时,这四种同位素释放的能量都差不多,但释放的中微子数目和能量则不一样。因此,随着核燃料成份的演化,反应堆释放的中微子数目和能量分布将会发生变化。

  大亚湾实验四年的运行积累了超过200万个中微子事例。利用这些数据,可以比较不同核燃料成份时的中微子数目,从而推算各个同位素的中微子产额。实验发现,核燃料中最主要的成份铀235产生的中微子数目与模型预期不一致,主流模型的预期比实际观测高了8%。同时,第二重要的成份钚239则与模型预期一致。

铀235产生的中微子数目与模型预期不一致,钚239则与模型预期一致。(Phys.Rev.Lett. 118, 251801 (2017))铀235产生的中微子数目与模型预期不一致,钚239则与模型预期一致。(Phys.Rev.Lett。 118, 251801 (2017))

  惰性中微子是一种理论上的粒子。假如真的存在,它有可能是宇宙中的一种暗物质。如果中微子反常是普通中微子振荡到惰性中微子所致,那么不同燃料成份应该具有相同比例的中微子缺失,因为中微子振荡与产生它的是铀还是钚无关。实验数据看上去不符合这项假设。

  据此,大亚湾实验的新结果认为,反应堆中微子反常很可能是理论模型对铀235中微子产额计算不正确所致,而不是由于存在惰性中微子。未来采用更多的数据,将能够更干净地确认这个结果。如果在使用纯铀的反应堆旁进行实验,也能更进一步验证。

  此前,大亚湾实验还发现在5 MeV能量处,测得的中微子数超出理论模型10%,远远大于模型给出的误差。

  这些工作说明我们对反应堆涉及的核数据理解并不完善,在1%的高精度检验下出现了不一致的地方,近两年来激发了核物理学家对核数据的新一轮研究,未来也许能更准确地模拟反应堆,更高效地利用核能。

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