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日本超级神冈组首次观测到中微子震荡的特殊图形
2004-07-01 |文章来源: | 浏览次数:  |

sk_build44.jpg (124387 字节)超级神冈合作组对大气中微子数据所进行的新的分析首次显示出中微子振荡的特殊图形。sk_build23.jpg (95342 字节)该结果已经被科学杂志《物理评论快报》接受并将予以刊登。大气中微子是由宇宙线与地球上层大气高能对撞产生的,产生的中微子以两种形式,或称为电子类型和缪子类型的味道出现。(左图为东京大学超级探测器SK,右图为探测器顶部)

tu001.jpg (38307 字节)    

1998年,超级神冈组报道了通过观测由下往上行的缪子-中微子的数量发现了中微子振荡。由下往上行的缪子-中微子穿过地球走了一段长的距离后,数量上比从上层大气走过一段短距离到地下超级神冈探测器的缪子中微子大为减少(左图)测量显示,差别的大小取决于中微子行走过的距离。对数据全面的分析表明,缪子-中微子很可能变成了第三种味道,或第三种类型的中微子,即在宇宙线对撞中不产生的τ中微子。

在中微子混合的理论中,一种味道的中微子变为另一种味道的中微子的概率与所走过的距离(L)比率除以中微子能量(E)的正弦函数相关。这一理论所预言的特殊图形是味道变化的概率应该趋向于零,然后因为L/E比值的增加而恢复。为这次对大气中微子数据的分析,超级神冈的物理学家们发明了一种新的方法,仅仅选择对走过的距离和中微子能量测量很好的事例。

1998年进行的测量中,因为许多事例的行走距离或中微子能量测量得不好,所以未能捕捉到特殊的振荡图形。现在记录的数据大约相当那时的两倍,加上大大改进的技术,所以新的分析只利用整个大气中微子样品14000个事例中的20%tu002.jpg (51838 字节)但是所选择的每个事例都被赋予了恰当的行走距离值和中微子能量值。然后对中微子事例的数量作为L/E比率的函数进行研究。这种方法被称为“L除以E分析法”。

数据显示,在与中微子混合理论相一致的一个L/E值有一个明显的倾斜(右图)。根据理论,只有中微子具有质量,它才有可能从一种味道变为另外一种味道。因此,中微子振荡的初次发现也可解释为中微子具有质量的第一个证据。然而,还有几个非同寻常的理论大致解释了由下往上行的缪子中微子的亏缺,譬如像中微子衰变为其他粒子的情况。

超级神冈这一新的分析排斥了那些没预言振荡图形的理论。另外,振荡图形中倾斜的位置是测量中微子之间的质量差。超级神冈合作组所进行的新的测量代表了到目前为止对质量差所进行的最精确的测量。将来基于加速器的实验目标是进行更为精确的测量。

超级神冈合作组包括来自日本、美国和韩国科研机构的科学家。实验的主要经费来源于日本的文部省以及美国能源部和国家科学基金会。除了推进对基础科学的了解外,合作组已经在日美小组之间建立了强大的国际伙伴关系。

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

高能所科研处制作 内容由侯儒成译自东京大学宇宙线研究所网


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