[科普中國]-中微子振蕩

中微子振蕩（Neutrino oscillation）是一個量子力學(xué)現(xiàn)象，是指中微子在生成時所伴隨的輕子（包括電子、渺子、τ子）味可在之后轉(zhuǎn)化成不同的味，而被測量出改變。當(dāng)中微子在空間中傳播時，測到中微子帶有某個味的概率呈現(xiàn)周期性變化。

簡介中微子振蕩（Neutrino oscillation）是一個量子力學(xué)現(xiàn)象，是指中微子在生成時所伴隨的輕子（包括電子、渺子、τ子）味可在之后轉(zhuǎn)化成不同的味，而被測量出改變。當(dāng)中微子在空間中傳播時，測到中微子帶有某個味的概率呈現(xiàn)周期性變化。

理論物理學(xué)家布魯諾·龐蒂科夫最先于1957年提出此猜想。爾后一連串的各種實驗皆觀察到此一現(xiàn)象。中微子振蕩也是長期未解決的太陽中微子問題的解答。

中微子振蕩無論對理論物理還是實驗物理而言都是相當(dāng)重要的。因為這意味著中微子具有非零的靜質(zhì)量，這與原始版本的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型不相吻合。

由于發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩現(xiàn)象存在的證明，并取得中微子質(zhì)量數(shù)據(jù)，日本超級神岡探測器的梶田隆章以及加拿大薩德伯里中微子觀測站的阿瑟·麥克唐納兩人獲頒2015年諾貝爾物理學(xué)獎。1

實驗觀測科學(xué)家應(yīng)用各種不同的探測器技術(shù)對各能量級的中微子進(jìn)行測量，如今各種來源的中微子振蕩已被多方面的實驗收集的大量證據(jù)所證實。

太陽中微子振蕩參見：太陽中微子問題、超級神岡探測器和薩德伯里中微子天文臺

在以美國科學(xué)家雷蒙德·戴維斯領(lǐng)導(dǎo)的Homestake實驗中，發(fā)現(xiàn)觀測到的中微子流量與標(biāo)準(zhǔn)太陽模型預(yù)測的不符（太陽中微子問題）。這是實驗中人們第一次觀測到和中微子振蕩有關(guān)的現(xiàn)象。隨后，更多基于使用放射性元素和水切連科夫輻射探測器的實驗證實了同樣的現(xiàn)象。直到2001年加拿大薩德伯里中微子天文臺的測量結(jié)果發(fā)表，人們才能夠充分的證實這數(shù)量上的不符是由中微子振蕩引起的。

太陽中微子的能量及一般在20兆電子伏以下，傳播距離為太陽和地球之間的距離。在5兆電子伏以上，太陽中微子的振蕩通過在太陽體內(nèi)的振蕩而產(chǎn)生MSW 作用，這與下文中將會提到的真空振蕩是兩個不同的過程。

大氣層中微子振蕩早期IMB，MACRO和日本的神岡探測器均觀測到從大氣層中放射出的μ中微子與電中微子比例的偏差。此后超級神岡探測器在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更為精確的測量，能量覆蓋幅度由百萬電子伏至億萬電子伏，基線長度為地球的半徑。

核反應(yīng)堆中微子振蕩核反應(yīng)堆實驗可以用來探測反電中微子的振蕩。此類實驗中最突出的是KamLAND。反應(yīng)堆中產(chǎn)生的反中微子和太陽中微子的能量級相當(dāng)。此類試驗的基線長度短至數(shù)十米，長至數(shù)百公里。

2012日3月8日，大亞灣中微子實驗國際合作組宣布，發(fā)現(xiàn)最后一種中微子震蕩，并且測量到其震蕩概率。假若這結(jié)果成立，物理學(xué)者立可開始研究中微子與反中微子之間的不對稱性，嘗試解釋為什么宇宙中的物質(zhì)超多于反物質(zhì)。

粒子束中微子振蕩利用加速器產(chǎn)生的中微子束可使實驗相對更容易人為控制。此類的實驗觀察與大氣層中微子振蕩同樣的現(xiàn)象，基線長度多為數(shù)百公里。中微子在此類試驗中的能量級為數(shù)十億電子伏。MINOS的最新報告指出其觀測結(jié)果與K2K及SuperK的相符合。

早期LSND機(jī)器發(fā)表了非常具有爭議性的觀測結(jié)果。新設(shè)計的MinibooNE實驗機(jī)于2007年初發(fā)表的結(jié)果駁回了LSND的所謂兩中微子模型。

正在設(shè)計中的T2K實驗將利用295公里長的基線和SuperK探測器來測量一參量，預(yù)期2009年開機(jī)。類似的NOvA利用810公里長的基線和MINOS探測器。1

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李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)