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2015年诺贝尔物理学奖“中微子振荡”具体是在研究什么？目前在国内外的进展如何？

2020-11-10 12:21

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

原创哈尔鲍曼9000 科学剃刀

具体在研究什么？

2015年的诺贝尔物理学奖给了日本科学家梶田隆章（Takaaki Kajita）和加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳（Arthur B. McDonald），为啥？

梶田隆章（Takaaki Kajita）是超级神冈探测器（Super-Kamiokande detector ）的领导人。

加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳（Arthur B. McDonald）是萨德伯里中微子观测站（Sudbury Neutrino Observatory）的领导人。

这2个中微子探测项目分别发现了大气中微子振荡和太阳中微子振荡，从而表明中微子可以具有质量，而标准粒子模型中，中微子是没有质量的，从而表明，标准粒子模型可能是不完备的，所以意义重大。

啥叫中微子振荡？

通俗的讲，中微子在飞行的过程中，如同一个有着3种变化的孙悟空，一会儿变成猪一会儿变成狗、一会儿变成羊。

中微子有3种味，电子中微子、μ（谬）中微子和τ （涛）中微子，这命名主要是因为可以由衰变反应中与电子、μ（谬）子、τ （涛）子这3种带电轻子伴随着出现。

目前的理论认为它们是由三种质量本征态（v1,v2,v3)混合的，中微子在飞行的过程中，由于这3种质量本征态之间的微小差异，其物质波相互叠加，产生干涉效应，中微子就会在这3种味之间不断的变化。

数学上，可以将这种变化或者振荡用一种被称为PMNS的矩阵，与中微子的3种质量本征态进行混合。

目前国内外的进展如何？

现在有没有中微子、中微子有什么变化的定性问题都搞清楚了，现在的科学家们主要是对这个PMNS矩阵中的6个参数（3个混合角、2个质量平方差、1个电荷宇称破坏相角）进行精确的测量，测出来之后，也就相当于定量的掌握了中微子的变化之术。

目前已经将4个半参数测出来了，包括3个混合角和1个半质量平方差，为什么是半个呢，因为只知道大小，不知道正负，其中第三个混合角是大亚湾中微子探测实验公布的，测量精度世界第一，并在未来的几十年内, 保持对这一基本参数最精确的测量记录！

下一步要干啥？

把剩下的1个半参数给测出来，重点就是要把三种质量本征态给排序排出来，看看谁大谁小。

目前国际上进行质量顺序测量的中微子实验项目有8个（与上图有小差异），分别是中国的江门中微子实验（简称 JUNO）、美国的 LBNE、美国在南极洲的PINGU、日本的超超级神冈(Hyper-K)、欧洲的LBNO、韩国的 RENO-50、印度的 INO、以及即将建成的美国 NOvA。

这其中以中国的江门中微子实验（简称 JUNO），美国的LBNE, PINGU和日本的Hyper-K 的竞争力较强。JUNO明显处于第一序列

综合建设速度，收集分析数据所需的时间来看，处在第一序列的江门中微子实验（JUNO）极有可能最先公布质量测序结果。另外，江门中微子实验可以将已经公布的数据（1个混合角和2个质量平方差）精度进一步提升到1%。