中微子与振荡
太阳、大气、反应堆与加速器中微子(solar, atmospheric, reactor, and accelerator neutrinos)
中微子来自许许多多的地方,物理学家已经学会像读一本书的不同篇页那样,去解读每一种来源。其中四类尤为有力。太阳中微子从太阳心脏里的核火中倾泻而出。大气中微子是宇宙线撞进空气时,在高空生成的。反应堆中微子从核电站源源流出。而加速器中微子是人为刻意制造的,被装进稠密的人造束流里,瞄准远方的探测器。
每一种来源都适合回答不同的问题,因为它们在能量上、以及在被你捕获前飞行多远上各不相同——而振荡恰恰依赖于距离与能量这个组合。太阳中微子能量低,要横穿整个内太阳系,它揭示了一个混合角,并解决了太阳中微子问题。大气中微子从四面八方、穿过厚薄不一的地球而来,于 1998 年首次揭示了振荡。反应堆中微子在距堆芯一公里左右处被捕获,钉住了那个小角 theta-13。加速器束流射穿数百公里岩石,让实验者能掌控能量和方向,从而精确测量参数,并探查物质-反物质的差异。
这几种互补的来源合在一起,在短短一代人的时间里,把中微子振荡从一个顽固的谜团变成了一门精密的科学。正因如此,我们如今才能把混合角和质量平方差报到好几位有效数字。而同一套工具还向外延伸:为这些中微子而建的探测器,也时刻准备着捕捉下一次邻近超新星爆发的那一阵爆涌,并汇入更广阔的中微子天文学事业。
一个长基线实验在加速器处制造缪子中微子,让它们笔直穿过地下,射向数百公里外的探测器,再数有多少已经变成了电子中微子——这是对大自然用太阳和大气中微子所做之事的一种可控、可重复的版本。
加速器束流在受控条件下,重现了大自然免费展示的那些振荡。
反应堆和太阳只放出电子型的(反)中微子,而加速器主要制造缪子中微子;选择一种来源,实际上就是在选择你想用哪种起始味、哪种能量、哪种距离来研究振荡。
又称
另见