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

sk_build44.jpg (124387 字節(jié))超級神岡合作組對大氣中微子數(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《物理評論快報》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撞產(chǎn)生的,產(chǎn)生的中微子以兩種形式,或稱為電子類型和繆子類型的味道出現(xiàn)。(左圖為東京大學(xué)超級探測器SK,右圖為探測器頂部)

tu001.jpg (38307 字節(jié))    

1998年,超級神岡組報道了通過觀測由下往上行的繆子-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-中微子穿過地球走了一段長的距離后,數(shù)量上比從上層大氣走過一段短距離到地下超級神岡探測器的繆子中微子大為減少(左圖)。測量顯示,差別的大小取決于中微子行走過的距離。對數(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,或第三種類型的中微子,即在宇宙線對撞中不產(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,然后因為L/E比值的增加而恢復(fù)。為這次對大氣中微子數(shù)據(jù)的分析,超級神岡的物理學(xué)家們發(fā)明了一種新的方法,僅僅選擇對走過的距離和中微子能量測量很好的事例。

1998年進(jìn)行的測量中,因為許多事例的行走距離或中微子能量測量得不好,所以未能捕捉到特殊的振蕩圖形?,F(xiàn)在記錄的數(shù)據(jù)大約相當(dāng)那時的兩倍,加上大大改進(jìn)的技術(shù),所以新的分析只利用整個大氣中微子樣品14000個事例中的20%,tu002.jpg (51838 字節(jié))但是所選擇的每個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L/E值有一個明顯的傾斜(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)量的第一個證據(jù)。然而,還有幾個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。

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

超級神岡合作組包括來自日本、美國和韓國科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家。實驗的主要經(jīng)費(fèi)來源于日本的文部省以及美國能源部和國家科學(xué)基金會。除了推進(jìn)對基礎(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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