中微子和反中微子会衰变吗?

时间:2021-11-24 08:45:13   作者:
是的,它们有,这个过程被称为中微子振荡。中微子是已知的质量不为零的最轻粒子。电子中微子的质量被测量到在几十毫电子伏的范围内。1956年,当Cowan和Rienes首次发现电子中微子时,人们认为它是无质量的,在接下来的40年里,情况一直没有改变。这是完全可以接受的,因为在标准模型中,中微子确实被认为是无质量的,因为它在自然界中只有一种手性。

从20世纪60年代末开始,人们开始怀疑这种说法是否属实。当时,雷·戴维斯在矿井深处进行了太阳中微子测量实验。他惊讶地发现,与理论预期相比,缺口约为30%。这创造了一个花了30年才解开的谜团。唯一合理的解释是,电子中微子在从太阳到地球的过程中改变了它的味道,变成了另外两种味道——介子中微子和陶中微子,它们分别在1962年和1975年被发现。

中微子和反中微子会衰变吗

在标准中,独立的基本费米子只能通过希格斯现象获得质量。希格斯现象通过希格斯场将费米子的左右两个手性成分粘在一起,从而赋予粒子质量。每个手性组分都是无质量的,两个组分的粘接打破了以非零质量表现自身的手性对称性。由于在自然界中观测到的中微子总是具有单一(左)手性,物理学家预计中微子是无质量的。右手性中微子从未被观测到。

在20世纪70年代末,随着大统一理论(GUT)的出现,情况有所改变。GUT理论是超越标准物理模型的第一次尝试。这些理论试图将标准模型的U(1)、SU(2)和SU(3)三个量规组统一为一个量规组。这是SU(5)规范群,它统一了每一代标准模型中的所有夸克和轻子。例如在第一代中,上下夸克和两个轻子,电子和电子中微子是统一的。GUT理论要求存在一个质量接近GUT能量尺度(10^15)GeV的右手电子中微子。因此,如果GUT理论是有效的,那么右手性电子中微子必然存在,因此中微子可以通过希格斯效应获得质量。

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1998年,这一预测得到了证实。两个实验小组——加拿大的SUDBURY和日本的Super Kamiokande——发现电子中微子的质量是非零的,因为它转换成了其他种类的中微子。只有质量很大的基本粒子才能衰变成另一个粒子。因此,电子中微子在到达地球的过程中,从太阳转化为陶中微子和介子中微子,明确地证明了这三种类型的中微子及其对应的反物质伙伴——反中微子——必须具有非零质量。戴维斯发现的太阳电子中微子数量的不足是真实存在的,而不是一个实验误差。中微子质量的发现是我们第一个也是迄今为止唯一一个超越标准模型的物理学证据。
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