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大亚湾新发现:也许我们算错了核反应

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-02-06 编辑:书评

作者:高博资料来源:科学技术日报,2017/7/11 15:01:22

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大亚湾新发现:也许我们错估了核反应

世界上最好的中微子探测器潜伏在大亚湾核电站附近数百米深的山里 它最初被用来确认中微子的第三种转换模式,并在几年前完成了它的任务。 现在又取得了另一项显着的成就解释了为什么核反应堆产生的中微子如此之少。

近日,关于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》发表于《物理评论快报》,并附有法国科学家法罗(Farrow)的文章《弄清反中微子反常》。 最神秘的基本粒子中微子再次引起了人们的兴趣。

为什么反应堆没有产生足够的中微子?

实验检测到的反应堆中微子数量总是少于理论模型的预期。这就是近年来困扰物理学家的“反应堆中微子异常”现象 2011年,发现计算方法与实验结果相差6%。

中国科学院高能物理研究所的曹骏研究员在博客中说:大多数核反应堆使用铀-235、铀-238、钚-239和钚-241。中微子来自随后裂变产物的衰变,并带走了大约5%的能量。 目前使用的主要模型是中微子能谱,该能谱来源于20世纪80年代实验测量的几种裂变材料释放的电子能谱。 该模型与实验结果不符。

物理学家以前倾向于所谓的“惰性中微子”假设,即中微子变成难以探测的形式。 大亚湾实验的新论文给出了一个更简单的解释:我们对核燃料产生多少中微子的计算是错误的。

曹骏说:“反应堆通常以恒定功率发电 对于每次裂变,这四种同位素释放的能量是相同的,但是释放的中微子的数量和能量是不同的。 因此,随着核燃料成分的演变,反应堆释放的中微子数量和能量分布将发生变化。 “科学家们长时间监测了大亚湾反应堆中四种同位素对能量的贡献率 曹骏说:“大亚湾实验在4年的运行中已经积累了200多万个中微子案例。” 利用这些数据,可以比较不同核燃料成分中中微子的数量,以计算每种同位素的中微子产量。 实验发现核燃料主要成分铀235产生的中微子数量与模型的预期不符,主流模型的预期比实际观测高8%。 而钚239,第二重要的成分,与模型预期一致。

曹骏说:“如果中微子异常是由普通中微子振荡成惰性中微子引起的,那么不同的燃料成分应该有相同比例的中微子丢失,因为中微子振荡与产生它的是铀还是钚无关。” 实验数据似乎不符合这一假设。 根据大亚湾实验的新结果,反应堆中微子异常可能是由于对铀-235中微子产率的错误计算,而不是“惰性中微子”

中微子的质量怎么能不被测量呢?

虽然“反应堆中微子异常”现象似乎已经解决,但关于中微子仍有许多未解之谜。 中微子是隐士,很少与其他粒子反应。 这不容易捕捉,也鲜为人知。甚至它的质量还没有被清楚地理解。

起初很长一段时间,中微子在公认的基本粒子标准模型中没有质量。 然而,当戴维斯探测到太阳中微子和小柴昌俊发现超新星中微子时,他们都证明中微子有质量。 标准模型打开了一道裂缝。

既然有质量,中微子的质量是多少?

中微子根据它们与外部电子中微子、μ子中微子和τ中微子不同的作用模式被分为三种类型 中微子的质量和味道不能同时测量。

大亚湾实验探测中微子的第三次振荡

振荡意味着中微子在运行时会从一种味道变成另一种味道,奔驰变成宝马,宝马变成奥迪,奥迪变成奔驰 这意味着如果测量“奔驰”中微子的质量,可以得到三种不同的结果,它们将根据概率随机出现。

曹骏说以前对中微子振荡的实验研究只能测量中微子的质量变化,不能给出绝对质量 现有的直接测量和宇宙学测量只能表明中微子的质量不到电子质量的百万分之一。 这些结果不足以获得中微子的质量。

中微子的绝对质量应该通过研究中微子非振荡物理来测量。 曹骏介绍说,这种研究可以通过精确测量衰变的电子能量终点来完成,或者通过测量无中微子的双衰变(如果这种衰变存在的话),或者通过宇宙学测量来完成 这样,可以得到中微子质量的另一个关系。结合上述已知条件,可以求解三个中微子的质量。 然而,无论如何,要计算中微子的质量,我们必须首先知道中微子的质量序列。

但是中微子的质量序列仍然是个谜。科学家知道中微子的三种质量状态是不同的,但是他们不知道哪个最重,哪个最轻。 江门中微子实验设施(JUNO)目前正在中国建设中,旨在寻找更多中微子质量序列的证据,希望能帮助我们在未来解开中微子质量之谜。

中微子的反粒子本身就是?

根据科学家的说法,中微子和电子是近亲,但它们没有电荷,这也使它们从宇宙中的各种电荷中解脱出来。

众所周知,物质和反物质的区别是电荷。例如,电子带负电荷,反物质带正电荷。如果两者碰撞,它们会湮灭并发光。 中微子没有电荷,所以中微子能成为它们自己的反粒子吗?如果中微子不是它们自己的反粒子,那么物质和反物质之间的区别不仅仅是电荷,也许是未知的对称性

“无中微子双β衰变”实验可以照亮薄雾 这个实验的理论基础是:两个中子同时衰变为质子,这将产生两个电子和两个反中微子;如果中微子是它自己的反粒子,两种产生的反中微子会湮灭,因此只有电子是由衰变产生的。

一些正在建设中的实验将寻找“无中微子双β衰变”,如加拿大的SNO+实验、意大利的CUORE实验、美国废物分离试验厂的EXO-200实验、美国矿山的MAJORANA实验等。

暗物质候选者“惰性中微子”真的存在吗?

当解释“反应堆中微子异常”时,科学家怀疑这一现象与“惰性中微子”有关 什么是惰性中微子?惰性中微子存在吗?

惰性中微子被撤回,除了重力之外不参与任何相互作用 天文学家过去认为暗物质可能是中微子,它具有引力效应,但在宇宙中看不到。 然而,实验表明中微子质量太微不足道,不到电子质量的百万分之一,甚至在暗物质的数量级 假设的惰性中微子足够重,足以成为暗物质的“理想候选者”。

超新星爆炸释放出大量中微子。如果惰性中微子存在,它们的反作用力会推动超新星碎片,天文学家确实观察到了超新星碎片的加速。惰性中微子也可能衰变为x光光子。一些天文台发现的x射线暗示存在比电子重100倍的惰性中微子。

然而,现有证据远远不够。 为此,科学家还需要研究短距离移动的中微子。 费米实验室的科学家将使用三个探测器来搜寻惰性中微子,包括短基线中微子探测器、微中微子探测器(MicroBooNE)和伊卡洛斯(ICARUS)。 意大利将启动索克斯实验寻找惰性中微子

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