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主題: 2015年諾貝爾物理獎微中子在行進中因震盪作用而改變型態的現象 作者: peter 於 2016-04-10 19:11:51 2015年諾貝爾物理獎特別報導
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=66435 梶田隆章（Takaaki Kajita）與阿瑟•麥克唐納（Arthur B. McDonald）分別身為超級神岡（Super-Kamiokande）與薩德伯里微中子觀測站（Sudbury Neutrino Observatory）兩大研究團隊的核心科學家， 微中子在行進中因震盪作用而改變型態的現象，解開了微中子的謎團，並開創了全新的粒子物理研究領域。 他們藉由蒐集宇宙射線與地球大氣層反應過後所產生的微中子，發覺微中子在由大氣層進入日本的超級神岡探測器的行進過程中會出現味的轉換。 與此同時，在地球的另一端，位於加拿大的薩德伯里微中子觀測站正在進行來自太陽的微中子研究。由阿瑟•麥克唐納所帶領的研究團隊也在2001年證明微中子的味轉換。 這兩個實驗發現了一個新的現象──微中子震盪。這個創新的實驗結果推翻了長久以來認為微中子不具質量的認知。這不僅是粒子物理學基礎的重要突破，也從根本改變了我們對宇宙的認知 有極大量的微中子會穿越蓄水池，而在此過程中，極少部分的微中子會與水中的原子核或電子產生碰撞。這些碰撞會產生帶電的粒子，如緲子來自緲微中子，而電子來自電微中子。在這些帶電的粒子周圍會出現微弱的藍光，稱為「契忍可夫光」( Cherenkov light)。當帶電粒子在介質中的行進速度超越光速時，便會出現這種藍光。這並沒有推翻愛因斯坦的相對論，即真空狀態下，沒有任何物質可以移動得比光快。在水中，光速會降低至最高速度的75%，帶電的粒子可能會移動得更快，由其所發出契忍可夫光的形狀與強度可以顯示帶電粒子的類型，亦即得知是由哪一種微中子所產生，也可以顯示產生的位置。 (http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/wp-content/uploads/2015/11/Nobelph02-1024x660.png) 超級神岡探測器從上方的大氣層中蒐集到緲微中子，同時也蒐集到穿過地球，從探測器下方而來的緲微中子。照理來說，從兩邊所蒐集到的微中子數量應該相同，因為穿越地球對微中子而言應該不會有什麼問題。但是超級神岡探測器從天空上方所蒐集到的緲微中子數量，卻遠大於穿過地球，從下方所蒐集到的數量。 這個發現指出移動距離較長的緲微中子有更多的時間進行味的轉換，而來自上方的緲微中子，由於距離只有數十至數百公里，所以沒有出現這樣的狀況。此外，來自上方與下方的電微中子數量如預期般地相符，因此緲微中子必定是轉換成第三種類型──濤微中子。可惜的是超級神岡探測器無法偵測濤微中子所造成的蹤跡。 (http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/wp-content/uploads/2015/11/Nobelph03-1024x748.png) 薩德伯里微中子觀測站能偵測來自太陽的微中子，而太陽只會產生電微中子。微中子與水槽中的重水產生反應，科學家有機會測量到電微中子的訊號，與三種微中子的加總訊號。薩德伯里微中子觀測站所蒐集到的電微中子數量遠不及預期數量，但是三種微中子的總和數量卻與預期的電微中子數量相符。由此可知，電微中子必定已進行味的轉換，成為另一種微中子。（Nobel Prize® ［點圖可放大］） 在解開這個微中子的謎團中，最重要的線索就是來自薩德伯里微中子觀測站測量太陽微中子的新方法。薩德伯里微中子觀測站位於地表下兩公里處，9,500座光感測器架設在裝有1,000噸重水水槽，觀察移動快速的電微中子。重水與一般的水不同，重水的水分子中，氫原子的原子核內會多出一個中子，來創造氘（又稱為「重氫」，為氫的同位素）。 氘中子的存在提供了薩德伯里微中子觀測站另一種觀測微中子的機制，除了原本可量測電微中子的數量外，亦可讓科學家估算三種不同微中子的總量。 由於從太陽而來的應該只有電微中子，因此以上所提到的兩種測量方法應該會有相同的結果。若觀測到的電微中子數量比微中子的總量少，代表從太陽到地球的1億5千萬公里的旅程中，電微中子應該有發生一些轉變。 在地球上，每秒中會有超過600億的微中子通過一平方公分正對太陽的截面積，而薩德伯里微中子觀測站在開始運作的前兩年，每天都只有收集到三個電微中子。這個數據是探測器預期蒐集電微中子數量的三分之一，另外的三分之二則消失了。但令人振奮的是，量測三種微中子的總量恰恰符合預期的電微中子量，這證明了電微中子在到達地球的過程中一定有產生味轉變。 薩德伯里微中子觀測站 http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=59&topic=19957.30 http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=59&topic=21215.0 |