微中子與振盪

太陽、大氣、反應爐與加速器微中子(solar, atmospheric, reactor, and accelerator neutrinos)

微中子來自許許多多的地方,物理學家已經學會像讀一本書的不同篇頁那樣,去解讀每一種來源。其中四類尤為有力。太陽微中子從太陽心臟裡的核火中傾瀉而出。大氣微中子是宇宙線撞進空氣時,在高空生成的。反應爐微中子從核電廠源源流出。而加速器微中子是人為刻意製造的,被裝進稠密的人造束流裡,瞄準遠方的偵測器。

每一種來源都適合回答不同的問題,因為它們在能量上、以及在被你捕獲前飛行多遠上各不相同——而振盪恰恰依賴於距離與能量這個組合。太陽微中子能量低,要橫穿整個內太陽系,它揭示了一個混合角,並解決了太陽微中子問題。大氣微中子從四面八方、穿過厚薄不一的地球而來,於 1998 年首次揭示了振盪。反應爐微中子在距爐芯一公里左右處被捕獲,釘住了那個小角 theta-13。加速器束流射穿數百公里岩石,讓實驗者能掌控能量和方向,從而精確測量參數,並探查物質-反物質的差異。

這幾種互補的來源合在一起,在短短一代人的時間裡,把微中子振盪從一個頑固的謎團變成了一門精密的科學。正因如此,我們如今才能把混合角和質量平方差報到好幾位有效數字。而同一套工具還向外延伸:為這些微中子而建的偵測器,也時刻準備著捕捉下一次鄰近超新星爆發的那一陣爆湧,並匯入更廣闊的微中子天文學事業。

一個長基線實驗在加速器處製造緲子微中子,讓它們筆直穿過地下,射向數百公里外的偵測器,再數有多少已經變成了電子微中子——這是對大自然用太陽和大氣微中子所做之事的一種可控、可重複的版本。

加速器束流在受控條件下,重現了大自然免費展示的那些振盪。

反應爐和太陽只放出電子型的(反)微中子,而加速器主要製造緲子微中子;選擇一種來源,實際上就是在選擇你想用哪種起始味、哪種能量、哪種距離來研究振盪。

又稱
neutrino sources中微子来源微中子來源