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日本超級(jí)神岡組首次觀測(cè)到中微子震蕩的特殊圖形
2004-07-01 |文章來(lái)源: | 瀏覽次數(shù):  |

sk_build44.jpg (124387 字節(jié))超級(jí)神岡合作組對(duì)大氣中微子數(shù)據(jù)所進(jìn)行的新的分析首次顯示出中微子振蕩的特殊圖形。sk_build23.jpg (95342 字節(jié))該結(jié)果已經(jīng)被科學(xué)雜志《物理評(píng)論快報(bào)》接受并將予以刊登。大氣中微子是由宇宙線與地球上層大氣高能對(duì)撞產(chǎn)生的,產(chǎn)生的中微子以?xún)煞N形式,或稱(chēng)為電子類(lèi)型和繆子類(lèi)型的味道出現(xiàn)。(左圖為東京大學(xué)超級(jí)探測(cè)器SK,右圖為探測(cè)器頂部)

tu001.jpg (38307 字節(jié))    

1998年,超級(jí)神岡組報(bào)道了通過(guò)觀測(cè)由下往上行的繆子-中微子的數(shù)量發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩。由下往上行的繆子-中微子穿過(guò)地球走了一段長(zhǎng)的距離后,數(shù)量上比從上層大氣走過(guò)一段短距離到地下超級(jí)神岡探測(cè)器的繆子中微子大為減少(左圖)。測(cè)量顯示,差別的大小取決于中微子行走過(guò)的距離。對(duì)數(shù)據(jù)全面的分析表明,繆子-中微子很可能變成了第三種味道,或第三種類(lèi)型的中微子,即在宇宙線對(duì)撞中不產(chǎn)生的τ中微子。

在中微子混合的理論中,一種味道的中微子變?yōu)榱硪环N味道的中微子的概率與所走過(guò)的距離(L)比率除以中微子能量(E)的正弦函數(shù)相關(guān)。這一理論所預(yù)言的特殊圖形是味道變化的概率應(yīng)該趨向于零,然后因?yàn)長(zhǎng)/E比值的增加而恢復(fù)。為這次對(duì)大氣中微子數(shù)據(jù)的分析,超級(jí)神岡的物理學(xué)家們發(fā)明了一種新的方法,僅僅選擇對(duì)走過(guò)的距離和中微子能量測(cè)量很好的事例。

1998年進(jìn)行的測(cè)量中,因?yàn)樵S多事例的行走距離或中微子能量測(cè)量得不好,所以未能捕捉到特殊的振蕩圖形。現(xiàn)在記錄的數(shù)據(jù)大約相當(dāng)那時(shí)的兩倍,加上大大改進(jìn)的技術(shù),所以新的分析只利用整個(gè)大氣中微子樣品14000個(gè)事例中的20%,tu002.jpg (51838 字節(jié))但是所選擇的每個(gè)事例都被賦予了恰當(dāng)?shù)男凶呔嚯x值和中微子能量值。然后對(duì)中微子事例的數(shù)量作為L/E比率的函數(shù)進(jìn)行研究。這種方法被稱(chēng)為“L除以E分析法”。

數(shù)據(jù)顯示,在與中微子混合理論相一致的一個(gè)L/E值有一個(gè)明顯的傾斜(右圖)。根據(jù)理論,只有中微子具有質(zhì)量,它才有可能從一種味道變?yōu)榱硗庖环N味道。因此,中微子振蕩的初次發(fā)現(xiàn)也可解釋為中微子具有質(zhì)量的第一個(gè)證據(jù)。然而,還有幾個(gè)非同尋常的理論大致解釋了由下往上行的繆子中微子的虧缺,譬如像中微子衰變?yōu)槠渌W拥那闆r。

超級(jí)神岡這一新的分析排斥了那些沒(méi)預(yù)言振蕩圖形的理論。另外,振蕩圖形中傾斜的位置是測(cè)量中微子之間的質(zhì)量差。超級(jí)神岡合作組所進(jìn)行的新的測(cè)量代表了到目前為止對(duì)質(zhì)量差所進(jìn)行的最精確的測(cè)量。將來(lái)基于加速器的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是進(jìn)行更為精確的測(cè)量。

超級(jí)神岡合作組包括來(lái)自日本、美國(guó)和韓國(guó)科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家。實(shí)驗(yàn)的主要經(jīng)費(fèi)來(lái)源于日本的文部省以及美國(guó)能源部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)。除了推進(jìn)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的了解外,合作組已經(jīng)在日美小組之間建立了強(qiáng)大的國(guó)際伙伴關(guān)系。

Successful Observation of the Oscillatory Pattern of Neutrino Mixing,July 05, 2004 The Super-Kamiokande Collaboration 

http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/doc/sk/pub/200407/index.html

高能所科研處制作 內(nèi)容由侯儒成譯自東京大學(xué)宇宙線研究所網(wǎng)


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