科学家发现中微子之间第三种“转换”

2011-6-20 10:03 来源: 中国科学院
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  参与日本T2K大型粒子探测实验的科学家宣布,他们发现了中微子之间的第三种“转换”——μ中微子“变身”为带电中微子。如果该研究能通过进一步的验证,将有助于科学家厘清为何在与反物质的博弈中,物质能脱颖而出,成为宇宙的主导。相关论文将发表在最新一期的《物理评论快报》上。

  中微子有3种:带电中微子、τ中微子和μ中微子,是组成自然界的最基本粒子之一,但它们只参与非常微弱的弱相互作用,几乎很少与物质发生反应,因此,中微子的检测非常困难。

  1998年,日本超级神冈探测实验首次发现“中微子振荡”,即一种中微子能转换为另一种中微子。随后科学家们又在实验中观察到了两类“转换”,μ中微子能变为τ中微子;τ中微子能变为μ中微子。

  现在,科学家们观测到了第三种“转换”—μ中微子变成带电中微子。科学家们在日本质子加速器(J-PARC)中制造了μ中微子,并射向距离295公里的超级神冈探测器,结果发现,其中的6个μ中微子在到达探测器前,就已“变身”为带电中微子。

  科学家们希望于明年年底使用一束μ反中微子束重复该实验,以查看其行为与μ中微子的差异。这种差异将有助于科学家们解释物质为何会在宇宙中占据优势地位。标准理论模型认为,宇宙大爆炸制造出了同样多的物质和反物质,但不知为何,物质脱颖而出,反物质似乎“销声匿迹”。T2K实验项目的成员之一、英国帝国理工学院的戴维·沃克表示:“我们想要解开宇宙中物质与反物质为何不对称这个大谜团,必须首先能证明,中微子之间能自发地互相转换。最新实验证明了这点。”

  最近,美国科学家进行的迷你助推器中微子实验还发现了反中微子振荡的证据:μ反中微子有时会变成带电反中微子,T2K实验团队此前也曾发现过类似的情况。但是,物理学家们仍然对迷你助推器中微子实验的结果感到疑惑。基于该实验的设计初衷,它应该不会看到振荡,除非存在着一种或多种其他更加“懒惰”的中微子。T2K的实验结论则同所谓的“懒惰”中微子无关。

  科学家们估计,到2013年夏季,他们将找到更多与“中微子振荡”有关的秘密,从而更好地理解宇宙。