2012年3月8日,大亚湾中微子实验国际合作组宣布发现了第三种中微子振荡模式,并精确测量到其振荡几率。该成果得到了国际高能物理学界的高度评价,被《科学》(Science)杂志评选为2012年度十大科学突破之一。本刊记者闫凯和方晨采访了中科院高能所所长王贻芳研究员。
王贻芳,1984年毕业于南京大学物理系。1991年在意大利佛罗伦萨大学获博士学位。后在美国麻省理工学院、斯坦福大学工作。2001年2月回国。2011年至今,任中科院高能所所长。
中微子是构成宇宙中物质的12种基本粒子当中的3种,与宇宙中所有的基本过程都有关系。它的质量最小,所有的粒子衰变到最后都会产生中微子,但它自己是很稳定的,不会再继续衰变。因此,中微子对整个宇宙具有非常深远的影响。
中微子振荡
科学世界:中微子振荡是中微子研究领域的核心问题,研究者是怎么测出中微子有质量的?
王贻芳:中微子有3种:电子中微子、μ中微子、τ中微子,不带电,质量极小。根据量子力学,不同的中微子之间可以相互转换,我们叫做中微子振荡。中微子如果发生了振荡,一定会产生质量差。如果质量差不为零,就说明它有质量。这是我们知道“中微子具有质量”的最直接的办法。我们现在还不知道它的绝对质量。根据国际上最新的测量结果,中微子的质量小于1eV,是电子质量的百万分之一以下。
科学世界:“第三种中微子振荡模式”是什么意思?
王贻芳:中微子在飞行时,会从一种变成另一种。3种中微子之间两两转换,配对的方式一共就是3种,θ12、θ23、θ13。之前只发现了前两种。相比之下,我们这次发现的振荡幅度比前两个要小,所以很难探测到。
科学世界:为什么测θ13这个振荡角很重要?
王贻芳:它是粒子物理学中的一个基本常数,反映了中微子的基本性质。此外,中微子研究中还有很多未知之谜,需要我们通过实验来探明。而这些实验的设计,都要依赖于θ13的大小。把它测量出来以后,就为未来的中微子实验研究指明了方向。
科学世界:中微子振荡的“角”,是日常所见的“角度”吗?
王贻芳:中微子振荡中所谓的“角”,只是一个系数。它用三角函数来表达,在数学上是最合适的,倒不是说真的有一个夹角。
在物理意义上,这个“角”表示中微子的两种态转换的最大几率,我们叫做“振幅”。
(本文发表于《科学世界》2013年第4期)
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