中微子有思想吗
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08:51查看AI文稿AI文稿上回我们介绍了把电磁力和弱力率先统一的电弱理论，还有描述强相互作用的量子色动力学 qcd， 中间还提到了希克斯机制夸克模型，包括为什么无法直接观测到夸克的夸克禁闭现象以及渐进自由等概念。 到这里，粒子物理的标准模型已经呼之欲出了。虽然电子夸克以及各种播色子我们差不多都说过了，但是还有一种例子我们没有说，就是中微子。 这个中微子可以说是目前已发现粒子中最神秘的粒子之一，被称为幽灵粒子。关于中微子，直到今天仍然有很多东 东西我们没有搞清，甚至他的一些表现和现有理论存在着严重冲突。在讲弱相互作用的时候，我们说过，当时人们研究弱相互作用主要是通过别的衰变， 别的衰变其实就是原子盒中的中子释放出一个垫子，变成了带正垫的质子的过程。其实这个过程也可以反过来，就是一个带正垫的质子通过释放一个正垫子，也就是反垫子，从而变成了不带垫的中子。 当然，这里边一同是放的还有今天要说的中微子，不过在当时大家还并不知道。别说中微子，当时物理学家对原子和内部是啥样都还不清楚，包括中子这种东西也是后来才发现的。 一九一四年茶的威克在一份关于贝特衰变连续能谱的报告中写道，在贝特衰变的过程中，原子盒释放电子带走的能量和他损失的 能量似乎存在微小的偏差。由于偏差只是极小，很多人认为这或许只是实验中的误差，但在此后更高精度的实验中，人们最终确认这一偏差是的，的确确存在的，这还了得？这结果一度让人们对能量守恒定律产生了怀疑。 这时候，哥本哈根学派的扛把子波尔站了出来，大家先别慌，我认为啊，能量守恒在整体上肯定是没问题的，不过在保证整体守恒的情况下，局部出现极小尺度的不守恒也不是不可以吗？ 这个解释对不对呢？哎，这个观点要说确实没错，比如真空中的量子，掌握它就可以看成是真空中凭空出现了粒子，此时能量不守恒确实存在，但是整体来看，因为这些粒子很快就会再次淹灭，把能量再还给真空，所以整体上 的能量又是守恒的。波尔的观点虽然没错，但是用在这里并不合适。真正对这一现象给出合理解释的不是别人，正是波尔下面那个最爱给人挑错的学生。暴力， 虽然你是我的老师，但我可不信什么能量不守恒这种鬼话。于是炮力做出了一个违背祖宗的决定。 他认为，北塔率变的过程中，从原子核出来的可能不只有电子，应该还有一个质量非常非常小的小东西，甚至可能像光子一样，压根就没有净质量，只有动能。因为整个过程电荷是守恒的，所以这个小东西应该成电中性，因此实验中我们才没有观察到。 现在我们已经知道，暴力口中的这个小东西其实就是中微子。中微子因为不参与强相互作用和电磁相互作用，而在微观尺度上，引力又微弱到可以忽略 越不济，所以可以认为中微子只参与了弱项，无作用，加上构成物质的原子内部都十分空旷，因此中微子在宇宙中可谓是畅通无阻。包括现在，每秒钟就有上万亿个来自太阳的中微子从我们的身体中穿过。 中微子如此难以探测，以至于这个解释就算是再有道理也不能被直接证实。暴力甚至认为，虽然我相信他是存在的，但是我们人类可能永远也没有能力探测到中微子。 可是只过了二十多年，一九五六年，莱因斯和科文等人就在科学杂志上发表了他们对于中微子的探测结果。 通过测量中微子和质子的相互作用，他们找到了中微子存在的直接证据。至此，中微子这个事算是板上钉钉了。据此，克莱因还获得了一九九五年的诺贝尔物理学奖。为啥没办 给科温呢？因为这已经是四十年后的事了，科温终究没等到这一天。说回中微子，莱因斯他们发现的中微子属于电子中微子。此后，物理学家们又发现了另外两种中微子，谬子中微子和桃子中微子， 他们分别属于第二代和第三代。分离子这块回头聊到标准模型的时候再说。为什么说中微子很神秘呢？ 首先，通常情况下，不管什么例子，包括反例子，我们在测量其自旋值时都会有两个结果，比如要么是左旋和要么是右旋。但是在测量中微子的实验中，我们只能观测到其中一种结果，所有的中微子都是左旋的，而所有的反中微子又都是右旋的，这是为啥呢？ 目前主要有两种解释，第一种，中微子虽然有质量，但和其他非米子不同的是，它有可能不属于 拉克费米子，而是一种被称为马约拉那费米子的特殊粒子。马约拉那费米子是一种反粒子，就是他自身的费米子。这种粒子的自旋没有左右之分，左旋就是右旋，右旋也是左旋。 第二种，和其他有质量的费米子不一样，中微子或许真的没有质量，他以光速运动，这点也符合他只有左旋的特征。这两种解释不管哪种，目前看起来都略显牵强，这是粒子物理今后要解决的重点问题之一。 那我们先不管他为什么是单自旋，我们来看一下这种单向的自旋会带来什么。对于一个左旋的中微子来说，假如我们对他进行空间翻转变换，那么就应该得到一个右旋的中微子。 但是现实中我们从来没有观测到过这种右旋中位子，那如果我们假设这种右旋中位子根本就不存在的话，那么则可以 认为中微子不具备空间繁衍对尘性。进一步也可以认为由中微子参与的系统空间繁衍对尘性也被破坏了。哎，说到这，你可能已经发现了，这不就是之前说的欲称不守恒吗？ 没错，中微子自旋的单向性，不具备空间繁衍对阵性，它使得反应前后的与称出现了不守恒。而中微子又是一种只参与弱相互作用的基本例子，这就和弱相互作用中与称不守恒对应上了。除了单自旋这个诡异之处外，中微子的质量也一直是个谜。 在标准模型中，中微子和电子都属于轻子，顾名思义，他们的质量确实都很轻，甚至在标准模型理论中，中微子的净质量应该为零才对。但是，如果按照中微子是马云拉那非米子的观点来看，中微子应该又是有质量的。除此之外，科学家们还找到了支持 中微子有质量的更加直接的证据，中微子震荡。中微子震荡现象因为非常抽象，这里只简单解释一下。在粒子物理中，基本粒子有一个微量子数，你可以把它理解成像质量电盒一样，是中微子的一个属性。只不过这个属性物理学家给起了个特殊的名字，叫味道。 对于某一种味的中微子，它由不同的质量本正态叠加而来。这些不同的质量本正态在中微子运动过程中会以不同的速度累积向位，这就是质量和味道并不能直接一一对应。 如此一来，某一种味的中微子，当他经过一段时间后，可能就会变成另外一种味，或者是几种味的混合，这意味着他们存在质量差。既然质量上存在差值，那说明这些中微子的质量不可能都是零。因此，我们可以说，中微子震荡现象 预示着中微子其实是有质量的。科学家首先在太阳辐射中观测到了中微子震荡现象，随后在其他场合都观测到了该现象。不仅如此，人们对中微子的质量也进行了越来越精确的测量。 但是由于中微子的质量实在是太小了，目前只能对其上限值进行测量，也就是确保他不会大于这个值。这也是为啥标准模型中关于中微子的质量用的都是小于号。 目前对中微子质量的测量主要集中在两方面，一个是天文领域，一个是实验室武力。前者最新的测量结果是基于二零二一年四龙寻天四期的数据，质量上限是零点零九电子服务。 后者最新结果是一篇发表在二零二二年二月自然物理学上的文章，测得上限值是零点八电子符。虽然两者看起来差了一个数量级，但 这已经是非常非常小的一个数值了，小到已经不足一个电子质量的百万分之一。现在的问题是，不管我们测得中微子的质量有多小，它终究代表着中微子是有质量的。这也从一方面预示了今天粒子物理的标准模型仍然危机四伏。 这里是零五收宇宙，通俗易懂聊量子，下期见。拜拜。
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