千虑一得之奇想录
9.5.2.3 月亮真是不倒翁型天体
9.5.2.3.1 基本简介
月球
俗称月亮
古时又称太阴、玄兔
月亮是地球唯一的天然卫星
并且是太阳系中第五大的卫星
月球的直径是地球的四分之一
质量是地球的1/81
月球是太阳系内密度第二高的卫星
仅次于埃欧
它的自转与公转同步（潮汐锁定）
因此始终以同一面朝向着地球；
正面标记着黑暗的火山熔岩海
中间夹杂着明亮和古老地壳的高地和突出的陨石坑
虽然它的表面非常黑暗
反射能力与煤炭相似
但它仍是天空中除了太阳之外最亮的天体
由于月球在天空中非常显眼
再加上规律性的月相变化
自古以来就对人类文化如语言、历法、艺术和神话等产生重大影响
月球的引力影响造成地球海洋的潮汐和每一天的时间延长
月球现在与地球的的距离
大约是地球直径的30倍
而月球与太阳的大小比率与距离的比率相近
使得它的视大小与太阳几乎相同
在日食时月球可以完全遮蔽太阳而形成日全食
同时
它也是巨蟹座的守护星座
9.5.2.3.2 词语释义
中文的月是个象形文字
在甲骨文中的月像一弯眉月的样子
东汉许慎在《说文解字》一书中分析月的字型时说：月 阙也
人们经过观察
发现月圆的时间少
阙（弦月或眉月等）的时间多
于是就照眉月的样子创造出这个象形字
在英语中月的专有名称是“the Moon”
这个名词源于原始日耳曼语的“m?nōn”
在725年之前的古英语被称为"mōna"
1135年为“mone”
大约在1380年变为“moone”
之后再变成现在的写法
月球在现代英语的主要形容词是“lunar”
源自拉丁文的“Luna”
另一个比较不常用的形容词是“selenic”
则源自古希腊文的“Selene”（Σελ?νη）
是衍生自字首“seleno-”（像是“selenography”）
9.5.2.3.1 基本简介
月球
俗称月亮
古时又称太阴、玄兔
月亮是地球唯一的天然卫星
并且是太阳系中第五大的卫星
月球的直径是地球的四分之一
质量是地球的1/81
月球是太阳系内密度第二高的卫星
仅次于埃欧
它的自转与公转同步（潮汐锁定）
因此始终以同一面朝向着地球；
正面标记着黑暗的火山熔岩海
中间夹杂着明亮和古老地壳的高地和突出的陨石坑
虽然它的表面非常黑暗
反射能力与煤炭相似
但它仍是天空中除了太阳之外最亮的天体
由于月球在天空中非常显眼
再加上规律性的月相变化
自古以来就对人类文化如语言、历法、艺术和神话等产生重大影响
月球的引力影响造成地球海洋的潮汐和每一天的时间延长
月球现在与地球的的距离
大约是地球直径的30倍
而月球与太阳的大小比率与距离的比率相近
使得它的视大小与太阳几乎相同
在日食时月球可以完全遮蔽太阳而形成日全食
同时
它也是巨蟹座的守护星座
9.5.2.3.2 词语释义
中文的月是个象形文字
在甲骨文中的月像一弯眉月的样子
东汉许慎在《说文解字》一书中分析月的字型时说：月 阙也
人们经过观察
发现月圆的时间少
阙（弦月或眉月等）的时间多
于是就照眉月的样子创造出这个象形字
在英语中月的专有名称是“the Moon”
这个名词源于原始日耳曼语的“m?nōn”
在725年之前的古英语被称为"mōna"
1135年为“mone”
大约在1380年变为“moone”
之后再变成现在的写法
月球在现代英语的主要形容词是“lunar”
源自拉丁文的“Luna”
另一个比较不常用的形容词是“selenic”
则源自古希腊文的“Selene”（Σελ?νη）
是衍生自字首“seleno-”（像是“selenography”）
@hejinmiwangle 348楼 2014-08-23 20:30:44
LZ是科学家啊 。。。。
佩服了
-----------------------------
谢谢
欢迎欢迎
本人自认一“愚者”
只不过把经常、反复思考的过程记录下来
希望其中能有正确的、有用的东西
LZ是科学家啊 。。。。
佩服了
-----------------------------
谢谢
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本人自认一“愚者”
只不过把经常、反复思考的过程记录下来
希望其中能有正确的、有用的东西
@翘着尾巴的大拇指 349楼 2014-08-23 20:34:10
观察仔细
理解深刻
-----------------------------
谢谢
欢迎探讨
观察仔细
理解深刻
-----------------------------
谢谢
欢迎探讨
9.5.2.3.3 形成因素
有数种机制都认为月球形成于45.27亿 ± 0.10亿年之前[nb 5]
即大约是太阳系诞生之后的3,000万至5,000万年
这些机制包括分裂说、捕获说和地月同源说（挛生说）等
分裂说认为月球是由于离心力从地壳分裂出去
但要产生如此大的离心力
需要地球在诞生初始时有超高速的自转
捕获说则认为月球是在成型时被地球引力场捕获的天体
但这种假说需要地球拥有一个有非常大的大气层来消耗月球通过时的能量
减缓月球运动速度
同源说认为地球和月球形成于同一原生吸积盘
但这种假说无法解释月球上金属铁的匮乏
也不能解释地月系统的高角动量
当今主流的地月系统形成理论是大碰撞说：
一颗火星大小的天体
（被称为忒亚神话故事中月球女神塞勒涅的母亲）
与原生地球碰撞
爆裂出的物质进入环绕地球的轨道
经由吸积形成月球
在太阳系诞生的早期
巨大的撞击是很常见的
计算机模拟的大碰撞模型表表明
这样的撞击后产生的双星系统具有充分的角动量匹配目前地月系统的轨道参数
而且也可以解释月球具有相对较小核心的原因
此外
大碰撞说还可以合理解释地月成分的不同：月球的大部分组成成分都来自撞击前的天体
而并不是原生的地球
但是这个假说仍然不是很完善
例如对陨石的研究却显示内太阳系的其他天体
如火星、灶神星等
其氧和钨的同位素成分和地球不同
而地球和月球有非常相似的同位素成分
一个合理的解释是导致地月系形成的撞击混合了地球和月球形成时挥发的物质
有可能导致两个天体之间同位素的组成变得均衡
但这种解释仍有争议
大碰撞中所释放的大量能量和之后在地球轨道上再作用的物质会熔化地球的外壳
形成岩浆海
新形成的月球也会产生自己的月球岩浆海
估计它的范围深度为500公里至一个月球半径
另外一种假说则认为大碰撞产生了两颗在同一轨道上的卫星
一个就是月球
而另外一个较小
直径只有约1000公里
在数千万年后
两个卫星缓慢相撞
最后合二为一
这种假说解释了月球一面地势平坦
另一面则地势起伏不平的原因
@万俟飞云 354楼 2014-08-25 06:47:35
技术贴！好帖！！
-----------------------------
谢谢
欢迎欢迎
技术贴！好帖！！
-----------------------------
谢谢
欢迎欢迎
9.5.2.3.4 物理特性
9.5.2.3.4.1 内部构造
月球是一个已经分异的天体
即它拥有地壳、地核、和核心
月球的内核富含固态铁
半径大约为240公里
此外还有一个流体的外核
主要成分是液态铁
半径大约为300公里
核心周围是部分熔融的边界层
约有500公里的宽度边界层结构是在45亿年前月球形成不久之后
由月球岩浆海通过分离结晶形成的
岩浆海的结晶可以经由沉淀形成由镁铁质和沉积的橄榄石、斜辉石和斜方辉石等矿物组成的地函
四分之三的岩浆海结晶之后
可能形成密度较低的斜长石并浮在地壳的顶部
最后才由液体结晶的部分会被夹在地壳和地函之间
并且含有大量不相容和发热的元素和之相符的是从月球轨道上遥感绘制的月球地质化学图也显示其地壳几乎都是由斜长岩组成
通过对部分熔融的地函喷发出的熔岩流冷凝下来的月岩样本的研究
科学家确认地函含有比地球更丰富的铁
其主要成分是镁铁质
通过地球物理技术发现月球地壳的平均厚度约为50公里左右
月球是太阳系内密度第二高的卫星
仅次于埃欧
但是月球的内核并不大
半径大约是350公里甚至更小
只占月球大小的约20%
相较之下
其它地球型天体的比例约为50%
它的组成尚不是完全清楚
可能是由金属铁组成
同时含有少量硫和镍
对月球随着时间变化转动的分析显示月球核心至少仍有部分是熔融的
9.5.2.3.4.2 表面地质
月球是地球的同步自转卫星
它绕轴自转的周期与绕地球的公转周期是相同的
这使得它几乎永远以同一面朝向地球
它之前以较快的速度旋转
在后来由于地球产生潮汐摩擦
让其自转速度减慢
直到最后以同一面持续面对地球
即潮汐锁定
我们将月球朝向地球的一面被称为正面
而相对的另一面则称为背面
背面通常也称为"暗面"
但是事实上它如同正面一样会被照亮
当月相为新月时
我们看到月球的正面是黑暗的
而月球的背面则被太阳照亮
科学家曾经使用雷射测高仪和立体影像分析对月球表面的地形进行测量
月球表面最明显的地形特征是位于背面的巨大撞击坑南极-艾托肯盆地
其直径有2,240公里
是月球上最大的陨石坑
也是太阳系中已知最大的
它的底部是月球上海拔最低的地方
深度达到13公里
而月球海拔最高的地点则正好就在它的东南方
有人认为这个区域是造成南极-艾托肯盆地的撞击所形成的隆起
月球上的其它大撞击盆地
如雨海、澄海、危海、史密斯海和东方海等
也都拥有低海拔的区域和高耸的边缘
月球背面的平均高度比正面高1.9公里
表面地理
月球是一个南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球
它的平均极半径比赤道半径短500米
南北极区也不对称
北极区隆起
南极区洼陷约400米
但在一般计算中仍可把月球当作三轴椭圆体看待
物理天平动的研究有助于解决月球形状问题
通过天平动研究还表明
月球重心和几何中心并不重合
重心偏向地球2公里
这一结论已为阿波罗登月获得的资料所证实
火山地形
在月球表面上用肉眼可以清楚看见有黑暗的
相对平坦的平原
我们称之为月海
这是因为古代的天文学家认为这些地方充满了水
现在
我们知道这些黑暗部分是古代火山爆发后熔岩浆在洼地凝结成的广大玄武岩
和地球的玄武岩类似
月海中的玄武岩含有丰富的铁
而完全缺乏因水流过而出现的矿物
大多数喷发的熔岩浆流入与撞击盆地相连接的洼地
形成月海
现在科学家已经在月球正面的月海中发现几个拥有盾状火山和火山穹顶的地质分区
这些是熔岩浆凝结形成月海的证据
几乎所有的月海都位于月球正面
占正面面积的31%
相较之下
在月球背面只有少数的月海
只涵盖了背面2%的面积
这被认为和通过月球探勘者的伽玛射线光谱仪所描绘的月球化学图上所看见在月球正面地壳下的生热元素的浓缩有关
生热元素的浓缩会造成地函下的温度上升
部分熔解
并上升到表面造成喷发
大部分玄武岩的喷发都出现在30至35亿年前的雨海纪
但也有少部分样本的辐射定年显示其形成于更古老的42亿年
也有一些相对年轻的样品
最年轻的喷发物经由撞击坑计数测定年限发现其发生在12亿年前
月球上较亮的部分被称为“高地”
因为它们高于大多数的月海
经由辐射定年测定它们是于44亿年前形成的
这意味着这些高地可能是在月球岩浆海形成时的斜长岩堆积所产生的[47][48]
月球上没有任何一个主要的山脉被认为由地质构造事件产生的
这和地球的情况刚好相反
9.5.2.3.4.1 内部构造
月球是一个已经分异的天体
即它拥有地壳、地核、和核心
月球的内核富含固态铁
半径大约为240公里
此外还有一个流体的外核
主要成分是液态铁
半径大约为300公里
核心周围是部分熔融的边界层
约有500公里的宽度边界层结构是在45亿年前月球形成不久之后
由月球岩浆海通过分离结晶形成的
岩浆海的结晶可以经由沉淀形成由镁铁质和沉积的橄榄石、斜辉石和斜方辉石等矿物组成的地函
四分之三的岩浆海结晶之后
可能形成密度较低的斜长石并浮在地壳的顶部
最后才由液体结晶的部分会被夹在地壳和地函之间
并且含有大量不相容和发热的元素和之相符的是从月球轨道上遥感绘制的月球地质化学图也显示其地壳几乎都是由斜长岩组成
通过对部分熔融的地函喷发出的熔岩流冷凝下来的月岩样本的研究
科学家确认地函含有比地球更丰富的铁
其主要成分是镁铁质
通过地球物理技术发现月球地壳的平均厚度约为50公里左右
月球是太阳系内密度第二高的卫星
仅次于埃欧
但是月球的内核并不大
半径大约是350公里甚至更小
只占月球大小的约20%
相较之下
其它地球型天体的比例约为50%
它的组成尚不是完全清楚
可能是由金属铁组成
同时含有少量硫和镍
对月球随着时间变化转动的分析显示月球核心至少仍有部分是熔融的
9.5.2.3.4.2 表面地质
月球是地球的同步自转卫星
它绕轴自转的周期与绕地球的公转周期是相同的
这使得它几乎永远以同一面朝向地球
它之前以较快的速度旋转
在后来由于地球产生潮汐摩擦
让其自转速度减慢
直到最后以同一面持续面对地球
即潮汐锁定
我们将月球朝向地球的一面被称为正面
而相对的另一面则称为背面
背面通常也称为"暗面"
但是事实上它如同正面一样会被照亮
当月相为新月时
我们看到月球的正面是黑暗的
而月球的背面则被太阳照亮
科学家曾经使用雷射测高仪和立体影像分析对月球表面的地形进行测量
月球表面最明显的地形特征是位于背面的巨大撞击坑南极-艾托肯盆地
其直径有2,240公里
是月球上最大的陨石坑
也是太阳系中已知最大的
它的底部是月球上海拔最低的地方
深度达到13公里
而月球海拔最高的地点则正好就在它的东南方
有人认为这个区域是造成南极-艾托肯盆地的撞击所形成的隆起
月球上的其它大撞击盆地
如雨海、澄海、危海、史密斯海和东方海等
也都拥有低海拔的区域和高耸的边缘
月球背面的平均高度比正面高1.9公里
表面地理
月球是一个南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球
它的平均极半径比赤道半径短500米
南北极区也不对称
北极区隆起
南极区洼陷约400米
但在一般计算中仍可把月球当作三轴椭圆体看待
物理天平动的研究有助于解决月球形状问题
通过天平动研究还表明
月球重心和几何中心并不重合
重心偏向地球2公里
这一结论已为阿波罗登月获得的资料所证实
火山地形
在月球表面上用肉眼可以清楚看见有黑暗的
相对平坦的平原
我们称之为月海
这是因为古代的天文学家认为这些地方充满了水
现在
我们知道这些黑暗部分是古代火山爆发后熔岩浆在洼地凝结成的广大玄武岩
和地球的玄武岩类似
月海中的玄武岩含有丰富的铁
而完全缺乏因水流过而出现的矿物
大多数喷发的熔岩浆流入与撞击盆地相连接的洼地
形成月海
现在科学家已经在月球正面的月海中发现几个拥有盾状火山和火山穹顶的地质分区
这些是熔岩浆凝结形成月海的证据
几乎所有的月海都位于月球正面
占正面面积的31%
相较之下
在月球背面只有少数的月海
只涵盖了背面2%的面积
这被认为和通过月球探勘者的伽玛射线光谱仪所描绘的月球化学图上所看见在月球正面地壳下的生热元素的浓缩有关
生热元素的浓缩会造成地函下的温度上升
部分熔解
并上升到表面造成喷发
大部分玄武岩的喷发都出现在30至35亿年前的雨海纪
但也有少部分样本的辐射定年显示其形成于更古老的42亿年
也有一些相对年轻的样品
最年轻的喷发物经由撞击坑计数测定年限发现其发生在12亿年前
月球上较亮的部分被称为“高地”
因为它们高于大多数的月海
经由辐射定年测定它们是于44亿年前形成的
这意味着这些高地可能是在月球岩浆海形成时的斜长岩堆积所产生的[47][48]
月球上没有任何一个主要的山脉被认为由地质构造事件产生的
这和地球的情况刚好相反
9.5.2.3.5 月球轨道
9.5.2.3.5.1 轨道
月球相对于固定的恒星以27.32天的周期完整的绕行轨道一周[nb 6]（它的恒星周期）
然而
因为地球间同时间也绕着太阳转
它对地球呈现相同相位的时间就会较长
大约是29.53天[nb 7]（它的会合周期）
与其他行星大多数的卫星不同
月球的轨道比较接近黄道平面
而不是地球的赤道平面
月球的轨道受到太阳和地球许多小、复杂并且相互影响而难解的摄动
例如月球轨道平面的渐进转动
这影响到月球其它的运动状态
卡西尼定律以数学叙述出后续的影响
其中主要的轨道变化有：偏心率变化、轨道倾角变化、拱线运动、交点西退、中心差
9.5.2.3.5.1 轨道
月球相对于固定的恒星以27.32天的周期完整的绕行轨道一周[nb 6]（它的恒星周期）
然而
因为地球间同时间也绕着太阳转
它对地球呈现相同相位的时间就会较长
大约是29.53天[nb 7]（它的会合周期）
与其他行星大多数的卫星不同
月球的轨道比较接近黄道平面
而不是地球的赤道平面
月球的轨道受到太阳和地球许多小、复杂并且相互影响而难解的摄动
例如月球轨道平面的渐进转动
这影响到月球其它的运动状态
卡西尼定律以数学叙述出后续的影响
其中主要的轨道变化有：偏心率变化、轨道倾角变化、拱线运动、交点西退、中心差
9.5.2.3.2月球真是不倒翁型天体
根据上文
……
表面地理
月球是一个南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球
它的平均极半径比赤道半径短500米
南北极区也不对称
北极区隆起
南极区洼陷约400米
但在一般计算中仍可把月球当作三轴椭圆体看待
物理天平动的研究有助于解决月球形状问题
通过天平动研究还表明
月球重心和几何中心并不重合
重心偏向地球2公里
……
可见
月球重心和几何中心并不重合
其重心偏向地球2公里
它真是不倒翁型天体
那么
月亮只有一个面朝向地球就有了不言而名的答案：
不倒翁永远会将重心所在的面指向地球重心
现在月亮这种状态运行
它应该没有自转
见8.16、太阳系行星的自转与公转规律
…….
那么行星等天体的自转又是如何形成的呢？
我们知道太阳的自转也是自西向东
由于太阳系旋转气旋就是以太阳为中心向外延伸扩大的旋转气流
太阳系的每一个行星在其固定的公转轨道里
在强大的旋转气流的推动下作公转前行运动
这强大的旋转气流对每一个行星都会产生一个旋转力矩
这个力矩也一定是自西向东
这样
每个行星还有其卫星
都应该在力矩的作用下自西向东转动
这就是行星的自转
太阳存在了数十亿年
在这数十亿年中
其连续不断的向四周散布着强大的旋转气流
这使得在很远很远的距离内
其旋转气流产生的力矩基本保持不变或者变化不大
这样
在这其中的行星的自转速度应该基本相同
为何实际看到的行星自转速度相差很大呢？
我们知道
万有引力作用于两个天体的重心
顺着两个重心的连线向外延伸
则会分别与两个天体相交于两点
我们可以把万有引力向外挪到天体的最外方的交点处
其大小不变、方向不变
这样
力的作用效果不变
这时我们会发现一个问题
两个天体之间的万有引力
相当于对两个天体施加一个正向压力
而压力乘以摩擦系数就是摩擦力
（天体自转有摩擦系数吗？
我想应该有
并且可以计算出来）
而摩擦力将对天体的自转产生一个反向的力矩
将降低自转速度
距离太阳越近
万有引力越大
产生的摩擦力就越大
形成的反向力矩就越大
天体的自转速度降低的就越大
其自转就越慢
这与实际情况相符合
这就是行星的公转、自转规律的原因吗？
…….
可见
月亮应该没有自转
没有自转的原因是：
地月之间的强大的万有引力造成较大的摩擦力距效果
束缚了月亮的自转
如果一定存在自转的话
比如月亮再远离地球一定的距离
或许月亮也会发生自转
但是
自转的同时应该满足一个条件：
即月亮重心永远指向地球重心且随时保持两个重心处于最近距离
这样
月亮自转的旋转轴只有一个状态
即自转的旋转轴与地月重心联线相重合
即：月亮应该是趴着自转
就像天王星一样
别的球体是面对太阳“站着转”
而天王星是冲着太阳 “躺着转”
其自转轴“几乎平行于黄道面”
可见
天王星也是一个不倒翁型天体
……
8.22、猜测：太阳系的真面目
从不倒翁的角度来看太阳系
太阳系应该是充满了大大小小的不倒翁
在太阳风以及太阳自转的影响下
这些不同程度偏心的不倒翁
各自按照自己的特点
五花八门的转动着：
有站着转的；
有躺着转的；
有反着转的；
还有翻跟头转的
……
由此可见
月亮真的是不倒翁型天体
而太阳系应该是充满了大大小小的不倒翁吧
根据上文
……
表面地理
月球是一个南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球
它的平均极半径比赤道半径短500米
南北极区也不对称
北极区隆起
南极区洼陷约400米
但在一般计算中仍可把月球当作三轴椭圆体看待
物理天平动的研究有助于解决月球形状问题
通过天平动研究还表明
月球重心和几何中心并不重合
重心偏向地球2公里
……
可见
月球重心和几何中心并不重合
其重心偏向地球2公里
它真是不倒翁型天体
那么
月亮只有一个面朝向地球就有了不言而名的答案：
不倒翁永远会将重心所在的面指向地球重心
现在月亮这种状态运行
它应该没有自转
见8.16、太阳系行星的自转与公转规律
…….
那么行星等天体的自转又是如何形成的呢？
我们知道太阳的自转也是自西向东
由于太阳系旋转气旋就是以太阳为中心向外延伸扩大的旋转气流
太阳系的每一个行星在其固定的公转轨道里
在强大的旋转气流的推动下作公转前行运动
这强大的旋转气流对每一个行星都会产生一个旋转力矩
这个力矩也一定是自西向东
这样
每个行星还有其卫星
都应该在力矩的作用下自西向东转动
这就是行星的自转
太阳存在了数十亿年
在这数十亿年中
其连续不断的向四周散布着强大的旋转气流
这使得在很远很远的距离内
其旋转气流产生的力矩基本保持不变或者变化不大
这样
在这其中的行星的自转速度应该基本相同
为何实际看到的行星自转速度相差很大呢？
我们知道
万有引力作用于两个天体的重心
顺着两个重心的连线向外延伸
则会分别与两个天体相交于两点
我们可以把万有引力向外挪到天体的最外方的交点处
其大小不变、方向不变
这样
力的作用效果不变
这时我们会发现一个问题
两个天体之间的万有引力
相当于对两个天体施加一个正向压力
而压力乘以摩擦系数就是摩擦力
（天体自转有摩擦系数吗？
我想应该有
并且可以计算出来）
而摩擦力将对天体的自转产生一个反向的力矩
将降低自转速度
距离太阳越近
万有引力越大
产生的摩擦力就越大
形成的反向力矩就越大
天体的自转速度降低的就越大
其自转就越慢
这与实际情况相符合
这就是行星的公转、自转规律的原因吗？
…….
可见
月亮应该没有自转
没有自转的原因是：
地月之间的强大的万有引力造成较大的摩擦力距效果
束缚了月亮的自转
如果一定存在自转的话
比如月亮再远离地球一定的距离
或许月亮也会发生自转
但是
自转的同时应该满足一个条件：
即月亮重心永远指向地球重心且随时保持两个重心处于最近距离
这样
月亮自转的旋转轴只有一个状态
即自转的旋转轴与地月重心联线相重合
即：月亮应该是趴着自转
就像天王星一样
别的球体是面对太阳“站着转”
而天王星是冲着太阳 “躺着转”
其自转轴“几乎平行于黄道面”
可见
天王星也是一个不倒翁型天体
……
8.22、猜测：太阳系的真面目
从不倒翁的角度来看太阳系
太阳系应该是充满了大大小小的不倒翁
在太阳风以及太阳自转的影响下
这些不同程度偏心的不倒翁
各自按照自己的特点
五花八门的转动着：
有站着转的；
有躺着转的；
有反着转的；
还有翻跟头转的
……
由此可见
月亮真的是不倒翁型天体
而太阳系应该是充满了大大小小的不倒翁吧
9.5.2.4“都是月亮惹的祸”？
在《9.5.2.2太阳系行星对地球的万有引力》中
我们了解到
月亮对地球的万有引力为1890单位
远远大于内侧的金星、外侧的木星
……
那么根据万有引力公式粗算
太阳对地球的平均引力是33万个单位；
月球--地球平均是1890个单位；
水星近地时对地球的引力很小影响可以忽略
金--地引力在0.28~10.2之间变化
所以金近地时影响不可忽视
火--地引力最大为0.7
木--地引力在8.8~19.9之间变化；
土--地引力在0.72~1.07之间变化；
天王星和海王星对地球的引力很小可以忽略
……
可见
如果金星、木星的微小的万有引力（10个单位）就分别引起厄尔尼诺事件和拉尼娜事件
那么
月亮对地球的巨大影响力（1890个单位）与厄尔尼诺事件、拉尼娜事件又有什么样的关系呢？
月亮是否是厄尔尼诺事件、拉尼娜事件的主要因素呢？
假如月亮是拉尼娜事件的主要因素
那么
它的周期是多少呢？
月亮造成拉尼娜事件的条件：
1）远日点
2）太阳、地球、月亮（在地球外侧）三点一线
它的周期是多少呢？
我们知道
月球一个朔望周期是29.53天
即太阳、月亮、地球三点一线的周期为29.53天
平均每隔29.53天
我们都能看到一次满月
那么
平均多长时间
我们都能在远日点看到满月的现象呢
我们按太阳、地球、月亮三点一线的周期为29.5天
地球公转的周期为365.2天
计算可以得到：
在远日点看到满月的周期为295年
假如真是月亮对地球的吸引造成了拉尼娜事件
那么，每隔295年
会发生一次最严重的拉尼娜事件
按照前文分析
拉尼娜事件是一次热量减少事件
也就是地球北半球比往常更偏向了太阳
而南半球比往常更远离了太阳
此时
……
过多的太阳辐射能量照射在北半球大陆上
只会把北半球的土壤略微升高一点
……
则南半球更远离太阳
太阳对南半球海水的辐射能量将大大减少
总体来说
地球得到的太阳能量将减少
这也造成了“太平洋东部至中部的海水温度比正常低了1至2℃”
……
那么
月亮怎样造成了地球的异常偏向太阳呢
我们看到
因为在周期为295年中
虽然地球每年都有一次处于远日点
但是
只发生一次地球在远日点时，而月亮正处于地球与太阳的连线的外侧（满月）
其它年
地球处于远日点时
月亮不在地球与太阳的连线的外侧
甚至月亮处于地球、太阳的之间
经过计算
在295年中
地球处于远日点时
月亮的平均位置处于离满月的7.4天的月亮轨道位置
如此
在295年中
必有很多年份
地球处于远日点时
月亮的位置处于离满月的7.4天之内的月亮轨道位置
这样
离满月位置越近
太阳对地球的万有引力就越小（因为越来越靠近远日点）
而月亮对地球偏向的吸引作用就越大
比295年总的平均值大
就造成了事实上的偏转更严重
经过计算：
从0---295年一个周期里
当地球在远日点
而月亮距离满月的时间小于1天
此时，农历在十四日到十六日之间
这样的情况共发生21次
分别是：
第021、029；
第050、058；
第079、087；
第100、108；
第129、137；
第158、166；
第187、195；
第208、216；
第237、245；
第266、274；
第295年
再进一步扩大范围
当地球在远日点
而月亮距离满月的时间小于3天
此时，农历在十二日到十八日之间
这样的情况共发生62次
分别是：
第05、08、13、16、21、29；
第34、37、42、45、50、58；
第63、66、71、74、79、87；
第092、095、100、108、113、116；
第121、124、129、137、142、145；
第150、153、158、166、171、174；
第179、182、187、195、200、203；
第208、216、221、224、229、232；
第237、245、250、253、258、261；
第266、274、279、282、287、290、295.
也就是说
在295年的大周期里
应该发生62次拉尼娜事件
其中有21次严重的拉尼娜事件
有1次最严重的拉尼娜事件
这样
发生拉尼娜事件的平均时间为295/62=4.76年
再仔细分析上述数据
我们会发现
发生拉尼娜事件的时间比较有规律：
1）前10个29年周期，每29年发生6次
2）前3个29年周期，发生的时间间隔分别为5-3-5-3-5-8，周期29年
3）4—7个29年周期，发生的时间间隔分别为5-3-5-8-5-3，周期29年
4）8—10个29年周期，发生的时间间隔分别为5-8-5-3-5-3，周期29年
5）再经过5年，295年，发生最严重的拉尼娜事件，进入下一个295年大周期。
发生严重拉尼娜事件的时间也比较有规律：
1）基本上保持每29年发生2次。
2）从0年开始计数，经过21年，发生严重的拉尼娜事件，随后，在前3个29年周期，发生时间间隔为8-21；
3）再经23年，发生严重的拉尼娜事件，随后，4—7个29年周期，发生时间间隔为8-21；
4）再经23年，发生严重的拉尼娜事件，随后，8—10个29年周期，发生时间间隔为8-21；
5）再经过21年，295年，发生最严重的拉尼娜事件，进入下一个295年大周期。
或许
这就是拉尼娜事件的主要原因
难道一切都是月亮惹的祸？
9.6厄尔尼诺与拉尼娜之总结篇
9.6.1 金星是“压倒骆驼的最后一根稻草”！
上文我们分析了拉尼娜事件是地球在远日点发生偏转
那么
地球在近日点也存在着月亮偏离
这种情况会会产生地球的偏转
当地球在近日点
月亮正好为新月时
地球产生的偏转最大
而这种情况也是每隔295年发生一次
这是厄尔尼诺事件的主要原因吗？
我们再来看地球公转轨道
可以看出
虽然在1月份的近日点上地球与太阳的距离最短
但在12月、1月、2月长达3个月左右的时间里
地球与太阳的距离大体相同
也就是说
实际上存在着长达90天的近日点情况
而在这90天内
不管哪一年
月亮都会绕地球3周
都会发生3次新月
也就是说
影响地球偏转最大的新月时刻
在每一年中都会发生3次
也就是说
虽然新月对地球的影响很大
但是在近日点附近
每年都会发生3次新月
年年如此
同理
在这90天内
同样发生着月亮多次接近新月位置
可见
月亮虽然影响巨大
但是每一年中
由于存在长达90天的地日最近距离
月亮对地球在相近的时间、相近的地点
产生非常接近的万有引力
也就不会产生额外的地球偏转了
那么
额外的万有引力一定来自于外部天体
它就是地球内侧的金星
虽然只是仅仅10个单位
但是
在地球承受到月亮强大的万有引力的时候
再稍微增加一点点力量
就会成为“压倒骆驼的最后一根稻草”
从而使地球更加偏向太阳
此时
太阳直射在南回归线附近
会加大对海水的蒸发效率（见前文讨论分析）
海水会吸收更多的太阳能
会产生大量的水蒸气
最终造成厄尔尼诺事件
或许
月亮是厄尔尼诺事件的重要参与者
而金星是“压倒骆驼的最后一根稻草”！
这就是厄尔尼诺事件的原因
9.6.1 金星是“压倒骆驼的最后一根稻草”！
上文我们分析了拉尼娜事件是地球在远日点发生偏转
那么
地球在近日点也存在着月亮偏离
这种情况会会产生地球的偏转
当地球在近日点
月亮正好为新月时
地球产生的偏转最大
而这种情况也是每隔295年发生一次
这是厄尔尼诺事件的主要原因吗？
我们再来看地球公转轨道
可以看出
虽然在1月份的近日点上地球与太阳的距离最短
但在12月、1月、2月长达3个月左右的时间里
地球与太阳的距离大体相同
也就是说
实际上存在着长达90天的近日点情况
而在这90天内
不管哪一年
月亮都会绕地球3周
都会发生3次新月
也就是说
影响地球偏转最大的新月时刻
在每一年中都会发生3次
也就是说
虽然新月对地球的影响很大
但是在近日点附近
每年都会发生3次新月
年年如此
同理
在这90天内
同样发生着月亮多次接近新月位置
可见
月亮虽然影响巨大
但是每一年中
由于存在长达90天的地日最近距离
月亮对地球在相近的时间、相近的地点
产生非常接近的万有引力
也就不会产生额外的地球偏转了
那么
额外的万有引力一定来自于外部天体
它就是地球内侧的金星
虽然只是仅仅10个单位
但是
在地球承受到月亮强大的万有引力的时候
再稍微增加一点点力量
就会成为“压倒骆驼的最后一根稻草”
从而使地球更加偏向太阳
此时
太阳直射在南回归线附近
会加大对海水的蒸发效率（见前文讨论分析）
海水会吸收更多的太阳能
会产生大量的水蒸气
最终造成厄尔尼诺事件
或许
月亮是厄尔尼诺事件的重要参与者
而金星是“压倒骆驼的最后一根稻草”！
这就是厄尔尼诺事件的原因
9.6.2 让我们来了解和掌握厄尔尼诺事件与拉尼娜事件的周期
在前文中
我们解释了厄尔尼诺事件的大部分现象
比如：
1）海平面上升
2）海水温度上升
3）赤道地区暴雨
4）中国部分地区大旱
但是，还有一个现象：
“而在一般情况下，厄尔尼诺年后随之就是拉尼娜年”
这一现象的原因是怎么回事呢？
假如厄尔尼诺事件是如前文所述由金星引起的
它的周期为：
1）严重的厄尔尼诺事件每80年发生2次
第一次发生后
隔24年，发生第二次
再隔56年，又发生下一个周期的一次的严重的厄尔尼诺事件
2）一般厄尔尼诺事件的周期应是每8年2次
第一次距离第二次时间为584*3=1692天，即4年零8个月
第二次据下一个周期的时间为8*365-1692=3年零4个月
假如拉尼娜事件是由月亮引起的
它的周期比较复杂，如下：
1）严重的拉尼娜事件每295年发生1次
2）一般的拉尼娜事件
前10个29年周期，每29年发生6次
前3个29年周期，发生的时间间隔分别为5-3-5-3-5-8，周期29年
4—7个29年周期，发生的时间间隔分别为5-3-5-8-5-3，周期29年
8—10个29年周期，发生的时间间隔分别为5-8-5-3-5-3，周期29年
再经过5年，295年，发生最严重的拉尼娜事件，进入下一个295年大周期。
按照它们的周期
我们推演以下厄尔尼诺与拉尼娜发生的顺序
它们的顺序为：
0年1月（近日点 严重厄尔尼诺）
7月（远日点 拉尼娜）距厄6个月
4年9月（厄）
5年7月（拉）距厄10个月
8年1月（厄）
8年7月（拉）；距厄6个月
12年9月（厄）
13年7月（拉）距厄10个月
16年1月（厄）
16年7月（拉）距厄6个月
20年9月（厄）；
21年7月（拉）距厄10个月
24年1月（严重厄尔尼诺）
28年9月（厄）
29年7月（拉）距厄10个月
32年1月（厄）
34年7月（拉）距厄2年6个月
36年9月（厄）
37年7月（拉）距厄10个月
40年1月（厄）
42年7月（拉）距厄2年6个月
44年9月（厄）
47年7月（拉）距厄2年10个月
48年1月（厄）
……..
可见
在第一个29年周期内
大部分情况下，拉尼娜总是跟随厄尔尼诺出现
相差不到1年
只有在拉尼娜间隔时间为8年时才有所不同
（比如24年—28年8月之间就没有拉尼娜事件）
或许
这就是“而在一般情况下，厄尔尼诺年后随之就是拉尼娜年”的原因吧
再来看
在第二个29年周期内
拉尼娜与上一次的厄尔尼诺的时间间隔变长
时间间隔大多为2年多
也许会给人一个印象
“拉尼娜现象减弱了”
实际上
这只是295年周期的一小段时间变化
从根本上说
这是由于
厄尔尼诺事件的时间间隔不变（8年2次）
而在这之间的拉尼娜事件的发生时间有所变化
才造成这个结果
当拉尼娜距离第一次厄尔尼诺事件时间变长时
也意味着拉尼娜距离第二次厄尔尼诺事件的时间变短
即意味着：
从拉尼娜事件转变成厄尔尼诺事件的时间在变短
如果这个解释成立的话
那么
我们是否可以认为：
我们真正找到了厄尔尼诺与拉尼娜事件的原因
再进一步推论：
总体来看
只要日月星辰不变
拉尼娜事件与厄尔尼诺事件在295年的大周期中的发生频率就没有变化
在以后很长一段时间内
厄尔尼诺事件与拉尼娜事件应该一如既往
既不会减弱也不会加强
它们会按一直不变的周期默默运行
甚至当人类都不存在的时候
它们依然在地球上这个大舞台上
孤独的上演着“暴雨与干旱”的节目
只是
到那时
无助的躲在树丛下的“大猩猩”
是否能够了解和掌握造成眼前狂风暴雨的真正原因呢？
在前文中
我们解释了厄尔尼诺事件的大部分现象
比如：
1）海平面上升
2）海水温度上升
3）赤道地区暴雨
4）中国部分地区大旱
但是，还有一个现象：
“而在一般情况下，厄尔尼诺年后随之就是拉尼娜年”
这一现象的原因是怎么回事呢？
假如厄尔尼诺事件是如前文所述由金星引起的
它的周期为：
1）严重的厄尔尼诺事件每80年发生2次
第一次发生后
隔24年，发生第二次
再隔56年，又发生下一个周期的一次的严重的厄尔尼诺事件
2）一般厄尔尼诺事件的周期应是每8年2次
第一次距离第二次时间为584*3=1692天，即4年零8个月
第二次据下一个周期的时间为8*365-1692=3年零4个月
假如拉尼娜事件是由月亮引起的
它的周期比较复杂，如下：
1）严重的拉尼娜事件每295年发生1次
2）一般的拉尼娜事件
前10个29年周期，每29年发生6次
前3个29年周期，发生的时间间隔分别为5-3-5-3-5-8，周期29年
4—7个29年周期，发生的时间间隔分别为5-3-5-8-5-3，周期29年
8—10个29年周期，发生的时间间隔分别为5-8-5-3-5-3，周期29年
再经过5年，295年，发生最严重的拉尼娜事件，进入下一个295年大周期。
按照它们的周期
我们推演以下厄尔尼诺与拉尼娜发生的顺序
它们的顺序为：
0年1月（近日点 严重厄尔尼诺）
7月（远日点 拉尼娜）距厄6个月
4年9月（厄）
5年7月（拉）距厄10个月
8年1月（厄）
8年7月（拉）；距厄6个月
12年9月（厄）
13年7月（拉）距厄10个月
16年1月（厄）
16年7月（拉）距厄6个月
20年9月（厄）；
21年7月（拉）距厄10个月
24年1月（严重厄尔尼诺）
28年9月（厄）
29年7月（拉）距厄10个月
32年1月（厄）
34年7月（拉）距厄2年6个月
36年9月（厄）
37年7月（拉）距厄10个月
40年1月（厄）
42年7月（拉）距厄2年6个月
44年9月（厄）
47年7月（拉）距厄2年10个月
48年1月（厄）
……..
可见
在第一个29年周期内
大部分情况下，拉尼娜总是跟随厄尔尼诺出现
相差不到1年
只有在拉尼娜间隔时间为8年时才有所不同
（比如24年—28年8月之间就没有拉尼娜事件）
或许
这就是“而在一般情况下，厄尔尼诺年后随之就是拉尼娜年”的原因吧
再来看
在第二个29年周期内
拉尼娜与上一次的厄尔尼诺的时间间隔变长
时间间隔大多为2年多
也许会给人一个印象
“拉尼娜现象减弱了”
实际上
这只是295年周期的一小段时间变化
从根本上说
这是由于
厄尔尼诺事件的时间间隔不变（8年2次）
而在这之间的拉尼娜事件的发生时间有所变化
才造成这个结果
当拉尼娜距离第一次厄尔尼诺事件时间变长时
也意味着拉尼娜距离第二次厄尔尼诺事件的时间变短
即意味着：
从拉尼娜事件转变成厄尔尼诺事件的时间在变短
如果这个解释成立的话
那么
我们是否可以认为：
我们真正找到了厄尔尼诺与拉尼娜事件的原因
再进一步推论：
总体来看
只要日月星辰不变
拉尼娜事件与厄尔尼诺事件在295年的大周期中的发生频率就没有变化
在以后很长一段时间内
厄尔尼诺事件与拉尼娜事件应该一如既往
既不会减弱也不会加强
它们会按一直不变的周期默默运行
甚至当人类都不存在的时候
它们依然在地球上这个大舞台上
孤独的上演着“暴雨与干旱”的节目
只是
到那时
无助的躲在树丛下的“大猩猩”
是否能够了解和掌握造成眼前狂风暴雨的真正原因呢？
不知不觉已经写下这么多的内容
也不知其中能有多少正确的东西
好在天长日久
或许时间会证明一切
以后
我将陆续记下“愚者的千虑一得”
希望能对大伙有所帮助
也希望大伙能够经常来转转看看
也不知其中能有多少正确的东西
好在天长日久
或许时间会证明一切
以后
我将陆续记下“愚者的千虑一得”
希望能对大伙有所帮助
也希望大伙能够经常来转转看看
时光飞逝
不觉又过去一年
在这一年中
我又胡思乱想了一些东西
感觉可能有些道理
从另一个角度
来说说一个普通人对中微子的看法
如果还有可取之处
希望能够沿着这条思路继续研究下去
如果错误
权当是千百次错误思考、尝试中的一次
呵呵一笑而过罢了
我争取每天发一篇
先逐步把一些百度的基本知识介绍介绍
然后再说说我的看法
不觉又过去一年
在这一年中
我又胡思乱想了一些东西
感觉可能有些道理
从另一个角度
来说说一个普通人对中微子的看法
如果还有可取之处
希望能够沿着这条思路继续研究下去
如果错误
权当是千百次错误思考、尝试中的一次
呵呵一笑而过罢了
我争取每天发一篇
先逐步把一些百度的基本知识介绍介绍
然后再说说我的看法
9.7中微子与以太的思考
9.7.1百度中微子
中微子又译作微中子
是轻子的一种
是组成自然界的最基本的粒子之一
常用符号ν表示
中微子不带电
自旋为1/2
质量非常轻（小于电子的百万分之一）
以接近光速运动
中微子个头小
不带电
可自由穿过地球
与其他物质的相互作用十分微弱
号称宇宙间的“隐身人”
科学界从预言它的存在到发现它
用了20多年的时间
2013年11月23日
科学家首次捕捉高能中微子
被称为宇宙"隐身人"
他们利用埋在南极冰下的粒子探测器
首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子
中文名 中微子
外文名 neutrino
别 名 微中子
类 型 轻子
自 旋 1/2
符 号 v
9.7.1.1发现历程
中微子的发现来自19世纪末20世纪初对放射性的研究
研究者发现
在量子世界中
能量的吸收和发射是不连续的
不仅原子的光谱是不连续的
而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的
这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的
是符合量子世界的规律的
奇怪的是
物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的
而且电子只带走了总能量的一部分
还有一部分能量失踪了
物理学上著名的哥本哈根学派领袖尼尔斯·玻尔据此认为
β衰变过程中能量守恒定律失效
1930年
奥地利物理学家泡利提出了一个假说
认为在β衰变过程中
除了电子之外
同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去
带走了另一部分能量
因此出现了能量亏损
这种粒子与物质的相互作用极弱
以至仪器很难探测得到
未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值
能量守恒仍然成立
只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已
1931年春
国际核物理会议在罗马召开
与会者中有海森堡、泡利、居里夫人等
泡利在会上提出了这一理论
当时泡利将这种粒子命名为“中子”
最初他以为这种粒子原来就存在于原子核中
1931年
泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出
这种粒子不是原来就存在于原子核中
而是衰变产生的
泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子
1932年真正的中子被发现后
意大利物理学家费米将泡利的“中子”正名为“中微子”
1933年
意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论
指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外
还有第三种相互作用—弱相互作用
β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子
他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律
β能谱连续之谜终于解开了
1956年
美国物理学家柯万（Cowan）和莱因斯（Reines）等第一次通过实验直接探测到了中微子
他们的实验实际上探测的是核反应堆β衰变发射的电子和反中微子
该电子反中微子与氢原子核（即质子）发生反β衰变
在探测器里形成有特定强度和时间关联的快、慢信号
从而实现对中微子的观测
他们的发现于1995年获得诺贝尔物理学奖
研究结果
粒子物理的研究结果表明
构成物质世界的最基本的粒子有12种
包括6种夸克（上、下、奇、粲、底、顶，每种夸克有三种色，还有以上所述夸克的反夸克）
3种带电轻子（电子、μ子和τ子）
和3种中微子（电子中微子μ中微子和τ中微子）
而每一种中微子都有与其相对应的反物质
中微子是1930年奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中能量似乎不守恒而提出的
1933年正式命名为中微子
1956年才被观测到
中微子是一种基本粒子
不带电
质量极小
与其他物质的相互作用十分微弱
在自然界广泛存在
太阳内部核反应产生大量中微子
每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计
9.7.1百度中微子
中微子又译作微中子
是轻子的一种
是组成自然界的最基本的粒子之一
常用符号ν表示
中微子不带电
自旋为1/2
质量非常轻（小于电子的百万分之一）
以接近光速运动
中微子个头小
不带电
可自由穿过地球
与其他物质的相互作用十分微弱
号称宇宙间的“隐身人”
科学界从预言它的存在到发现它
用了20多年的时间
2013年11月23日
科学家首次捕捉高能中微子
被称为宇宙"隐身人"
他们利用埋在南极冰下的粒子探测器
首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子
中文名 中微子
外文名 neutrino
别 名 微中子
类 型 轻子
自 旋 1/2
符 号 v
9.7.1.1发现历程
中微子的发现来自19世纪末20世纪初对放射性的研究
研究者发现
在量子世界中
能量的吸收和发射是不连续的
不仅原子的光谱是不连续的
而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的
这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的
是符合量子世界的规律的
奇怪的是
物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的
而且电子只带走了总能量的一部分
还有一部分能量失踪了
物理学上著名的哥本哈根学派领袖尼尔斯·玻尔据此认为
β衰变过程中能量守恒定律失效
1930年
奥地利物理学家泡利提出了一个假说
认为在β衰变过程中
除了电子之外
同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去
带走了另一部分能量
因此出现了能量亏损
这种粒子与物质的相互作用极弱
以至仪器很难探测得到
未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值
能量守恒仍然成立
只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已
1931年春
国际核物理会议在罗马召开
与会者中有海森堡、泡利、居里夫人等
泡利在会上提出了这一理论
当时泡利将这种粒子命名为“中子”
最初他以为这种粒子原来就存在于原子核中
1931年
泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出
这种粒子不是原来就存在于原子核中
而是衰变产生的
泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子
1932年真正的中子被发现后
意大利物理学家费米将泡利的“中子”正名为“中微子”
1933年
意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论
指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外
还有第三种相互作用—弱相互作用
β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子
他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律
β能谱连续之谜终于解开了
1956年
美国物理学家柯万（Cowan）和莱因斯（Reines）等第一次通过实验直接探测到了中微子
他们的实验实际上探测的是核反应堆β衰变发射的电子和反中微子
该电子反中微子与氢原子核（即质子）发生反β衰变
在探测器里形成有特定强度和时间关联的快、慢信号
从而实现对中微子的观测
他们的发现于1995年获得诺贝尔物理学奖
研究结果
粒子物理的研究结果表明
构成物质世界的最基本的粒子有12种
包括6种夸克（上、下、奇、粲、底、顶，每种夸克有三种色，还有以上所述夸克的反夸克）
3种带电轻子（电子、μ子和τ子）
和3种中微子（电子中微子μ中微子和τ中微子）
而每一种中微子都有与其相对应的反物质
中微子是1930年奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中能量似乎不守恒而提出的
1933年正式命名为中微子
1956年才被观测到
中微子是一种基本粒子
不带电
质量极小
与其他物质的相互作用十分微弱
在自然界广泛存在
太阳内部核反应产生大量中微子
每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计
9.7.1.2性质
粒子间的各种弱相互作用会产生中微子
而弱相互作用速度缓慢正是造就了恒星体内“质子-质子”反应的主要障碍
这也解释了为什么中微子能轻易的穿过普通物质而不发生反应
太阳体内有弱相互作用参与的核反应每秒会产生10的38次方个中微子
畅通无阻的从太阳流向太空
每秒钟会有1000万亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体
甚至在夜晚
太阳位于地球另一边时也一样
探测
由于中微子与其他物质的相互作用极小
中微子的探测器必须够大
以求能观测到足够数量的中微子
为了隔绝宇宙射线及其他可能的背景干扰
中微子的探测仪器时常设立在地底下
2013年11月21日
由美国国家科学基金会提供的照片显示的是位于南极站的“冰立方天文台”
这是世界上最大的中微子探测器
多国研究人员21日在美国《科学》杂志上说
他们利用埋在南极冰下的粒子探测器
首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子
科学家评论说
中微子天文学从此进入新时代
中微子是一种神秘的基本粒子
不带电
质量极小
几乎不与其他物质作用
在自然界广泛存在
它能自由地穿过人体、墙壁、山脉乃至整个行星
难以捕捉和探测
因而被称为宇宙中的“隐身人”
速度
在基本粒子标准模型中
中微子的质量被假设为零
所以中微子都以光速运行
然而
最近几年对中微子震荡的确认已说明中微子的质量虽小
却不为零
因此中微子的运行速度自然要小于光速
科学家首次对中微子的速度进行测量在1980年代早期
当时科学家透过从脉冲质子束射击而产生的脉冲π介子束来测量中微子的速度
当带电的π介子衰变时
就会产生μ子及（或反）μ子中微子和（或反）电子中微子
透过长基线的设计
由远方的加速器以此种方式产生中微子
经过地壳的作用削减背景事例
来进行中微子震荡的研究
透过检测加速器产生粒子
与中微子出现在侦测器的时间差
就可测量出中微子的速度
结果显示中微子的速度是光速与假设相符
后来当这个实验在其他地方重复时
测量中微子的方法改用了MINOS侦测器
测出了一颗能量为3 GeV的中微子的速度达1.000051(29) c
由于这个速度的中间值比光速还要快
科学家当时认为实验的不确定性太大
而实际上中微子的速度应该不可能超过光速
这个实验设定了50 MeV的μ子中微子的质量上限
超新星SN 1987A
同样的观测不单在地球上进行
当天文学家观测超新星SN 1987A的中微子爆发时
世界各地有三台中微子探测器各自探测到5到11个中微子
有趣的是：
这些探测器是在SN 1987A爆发的光线来到地球之前3小时侦测到的
对于这个现象
当时科学家把它解说为因为“中微子于超新星爆发时比可见光更早被发射出来
而不是中微子比光速快”
而这个速度亦与光速接近
然而
对于拥有更高能量的中微子是否仍然符合标准模型扩展仍然有争议[6][7][8]
当中微子违反了洛伦兹不变性而发生震荡
其速度有可能会比光速还要快
2011年9月
位于意大利格兰萨索国家实验室（LNGS）的OPERA实验宣布观测结果
并刊登于英国《自然》杂志
研究人员发现
中微子的移动速度比光速还快
根据这项对μ子中微子的研究
发现当平均能级达到17 GeV的μ子中微子从CERN走到LNGS
所需的时间比光子在真空移动的速度还要快60.7纳秒
即以光速的1.0000248倍运行
是实验的标准差10纳秒的六倍
“比光速快6公里”
是非常显著的差异
如果此结果确定证实的话
必然会在物理学界引起极大轰动
其中一方的说法是
如果真的有如此大的差异
从超新星飞来的中微子应该早到数年而不是数小时
为此
合作进行实验的欧洲粒子物理研究机构特地举办了一场网络发表会[12]
详细说明他们的实验的方法以及各种误差的估算
同时邀请其他的实验机构能够重复相同的实验
来作为此结果的验证
然而
在2012年2月
CERN发现是连接GPS和电脑光纤的接头松动造成了中微子超光速的假象[15]
但同时另一个与GPS信号同步的振荡器故障又可能导致实验结果低估中微子的速度[16]
为此将在2012年5月重新进行试验进行检测[17]
在此之前
Opera的实验室中心主任已经引咎辞职
2012年5月
由诺贝尔奖得主卡洛·鲁比亚领导的团队ICARUS重新测量了中微子速度[18]
发现结果并没有超过光速
观测
中微子只参与非常微弱的弱相互作用和引力相互作用
具有最强的穿透力
中微子通信
能穿越地球直径那么厚的物质
在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应
因此中微子的检测非常困难
正因为如此
在所有的基本粒子
人们对中微子了解最晚
也最少
实际上
大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生
例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（β衰变）、超新星爆发、宇宙射线等等
宇宙中充斥着大量的中微子
大部分为宇宙大爆炸的残留
大约为每立方厘米100个
1998年
日本超级神冈（Super-Kamiokande）实验以确凿的证据发现了中微子振荡现象
即一种中微子能够转换为另一种中微子
这间接证明了中微子具有微小的质量
此后
这一结果得到了许多实验的证实
中微子震荡尚未完全研究清楚
它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用
而且与宇宙的起源与演化有关
例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成
粒子间的各种弱相互作用会产生中微子
而弱相互作用速度缓慢正是造就了恒星体内“质子-质子”反应的主要障碍
这也解释了为什么中微子能轻易的穿过普通物质而不发生反应
太阳体内有弱相互作用参与的核反应每秒会产生10的38次方个中微子
畅通无阻的从太阳流向太空
每秒钟会有1000万亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体
甚至在夜晚
太阳位于地球另一边时也一样
探测
由于中微子与其他物质的相互作用极小
中微子的探测器必须够大
以求能观测到足够数量的中微子
为了隔绝宇宙射线及其他可能的背景干扰
中微子的探测仪器时常设立在地底下
2013年11月21日
由美国国家科学基金会提供的照片显示的是位于南极站的“冰立方天文台”
这是世界上最大的中微子探测器
多国研究人员21日在美国《科学》杂志上说
他们利用埋在南极冰下的粒子探测器
首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子
科学家评论说
中微子天文学从此进入新时代
中微子是一种神秘的基本粒子
不带电
质量极小
几乎不与其他物质作用
在自然界广泛存在
它能自由地穿过人体、墙壁、山脉乃至整个行星
难以捕捉和探测
因而被称为宇宙中的“隐身人”
速度
在基本粒子标准模型中
中微子的质量被假设为零
所以中微子都以光速运行
然而
最近几年对中微子震荡的确认已说明中微子的质量虽小
却不为零
因此中微子的运行速度自然要小于光速
科学家首次对中微子的速度进行测量在1980年代早期
当时科学家透过从脉冲质子束射击而产生的脉冲π介子束来测量中微子的速度
当带电的π介子衰变时
就会产生μ子及（或反）μ子中微子和（或反）电子中微子
透过长基线的设计
由远方的加速器以此种方式产生中微子
经过地壳的作用削减背景事例
来进行中微子震荡的研究
透过检测加速器产生粒子
与中微子出现在侦测器的时间差
就可测量出中微子的速度
结果显示中微子的速度是光速与假设相符
后来当这个实验在其他地方重复时
测量中微子的方法改用了MINOS侦测器
测出了一颗能量为3 GeV的中微子的速度达1.000051(29) c
由于这个速度的中间值比光速还要快
科学家当时认为实验的不确定性太大
而实际上中微子的速度应该不可能超过光速
这个实验设定了50 MeV的μ子中微子的质量上限
超新星SN 1987A
同样的观测不单在地球上进行
当天文学家观测超新星SN 1987A的中微子爆发时
世界各地有三台中微子探测器各自探测到5到11个中微子
有趣的是：
这些探测器是在SN 1987A爆发的光线来到地球之前3小时侦测到的
对于这个现象
当时科学家把它解说为因为“中微子于超新星爆发时比可见光更早被发射出来
而不是中微子比光速快”
而这个速度亦与光速接近
然而
对于拥有更高能量的中微子是否仍然符合标准模型扩展仍然有争议[6][7][8]
当中微子违反了洛伦兹不变性而发生震荡
其速度有可能会比光速还要快
2011年9月
位于意大利格兰萨索国家实验室（LNGS）的OPERA实验宣布观测结果
并刊登于英国《自然》杂志
研究人员发现
中微子的移动速度比光速还快
根据这项对μ子中微子的研究
发现当平均能级达到17 GeV的μ子中微子从CERN走到LNGS
所需的时间比光子在真空移动的速度还要快60.7纳秒
即以光速的1.0000248倍运行
是实验的标准差10纳秒的六倍
“比光速快6公里”
是非常显著的差异
如果此结果确定证实的话
必然会在物理学界引起极大轰动
其中一方的说法是
如果真的有如此大的差异
从超新星飞来的中微子应该早到数年而不是数小时
为此
合作进行实验的欧洲粒子物理研究机构特地举办了一场网络发表会[12]
详细说明他们的实验的方法以及各种误差的估算
同时邀请其他的实验机构能够重复相同的实验
来作为此结果的验证
然而
在2012年2月
CERN发现是连接GPS和电脑光纤的接头松动造成了中微子超光速的假象[15]
但同时另一个与GPS信号同步的振荡器故障又可能导致实验结果低估中微子的速度[16]
为此将在2012年5月重新进行试验进行检测[17]
在此之前
Opera的实验室中心主任已经引咎辞职
2012年5月
由诺贝尔奖得主卡洛·鲁比亚领导的团队ICARUS重新测量了中微子速度[18]
发现结果并没有超过光速
观测
中微子只参与非常微弱的弱相互作用和引力相互作用
具有最强的穿透力
中微子通信
能穿越地球直径那么厚的物质
在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应
因此中微子的检测非常困难
正因为如此
在所有的基本粒子
人们对中微子了解最晚
也最少
实际上
大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生
例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（β衰变）、超新星爆发、宇宙射线等等
宇宙中充斥着大量的中微子
大部分为宇宙大爆炸的残留
大约为每立方厘米100个
1998年
日本超级神冈（Super-Kamiokande）实验以确凿的证据发现了中微子振荡现象
即一种中微子能够转换为另一种中微子
这间接证明了中微子具有微小的质量
此后
这一结果得到了许多实验的证实
中微子震荡尚未完全研究清楚
它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用
而且与宇宙的起源与演化有关
例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成
9.7.1.3物理性质
中微子是一种难以捉摸的基本粒子
有三种类型
即电子中微子、μ中微子和τ中微子
分别对应于相应的轻子：电子、μ子和τ子
所有中微子都不带电荷
不参与电磁相互作用和强相互作用
但参与弱相互作用和引力相互作用
它们质量非常小
不带电
太阳、宇宙线、核电站、加速器等都能产生大量中微子
中微子的探测比较困难
与其他物质的相互作用十分微弱
被称为“鬼微子”
它们可以轻松地穿过人体、建筑
甚至地球
所以
中微子在概念被提出20几年后
科学家才在实验室中观测到这种神秘粒子的存在
以前人们以为中微子是没有质量的
永远以光速飞行
1998年日本的超级神冈实验发现它们可以从一种类型转变成另一种类型
称为中微子振荡
间接证明了它们具有微小的质量
不过这个质量非常非常小
1998年之前还没有测出来
它们的飞行速度非常接近光速
1998年之前也没有测出与光速的差别
由于它很难探测
是我们了解最少的基本粒子
现在还存在大量的未解之谜
正因为如此
在其它粒子都有大量证据证明严格遵守相对论时
也有不少人怀疑中微子会不会是个特例？[6]
9.7.1.4谜团
中微子有大量谜团尚未解开
首先它的质量尚未
中微子
直接测到
大小未知；
其次
中微子与它的反粒子是否为同一种粒子也不得而知；
第三
中微子振荡还有两个参数未测到
而这两个参数很可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；
第四
它有没有磁矩；等等
因此
中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉与热点学科
9.7.1.5研究范围
获得来自恒星内部的信息
中微子天文学是天体物理的一个分支
主要研究恒星上可能发生的中微子过程以及这些过程对恒星的结构和演化的作用
最早的中微子
中微子是不带电的静止质量很小的基本粒子
它和一般物质的相互作用非常弱
除特殊情况外
在恒星内部产生的中微子能够不受阻碍地跑出恒星表面
因此探测来自恒星内部的中微子可以获得有关其内部的信息
最早的研究集中在太阳
太阳的能源主要来自内部的质子-质子反应
因而会产生大量的中微子
美国布鲁克海文实验室的戴维斯等人用大体积四氯化碳作靶
利用37Cl俘获中微子的反应来探测太阳的中微子发射率
实测的结果远远小于恒星演化理论的太阳标准模型的预期值
这就是著名的太阳中微子问题
中微子震荡可以很好的解决这个问题
更多方面
中微子还大量地产生于超新星爆发时和宇宙中其它物理过程中
在日本的一个矿井和美国的俄亥俄用一个巨大的水容器来探测切连可夫辐射
从而探测到了来自超新星SN 1987A的中微子辐射
欧洲共同体的GALLEX和俄国的一个装置利用中微子和镓的相互作用来探测中微子
中微子是一种难以捉摸的基本粒子
有三种类型
即电子中微子、μ中微子和τ中微子
分别对应于相应的轻子：电子、μ子和τ子
所有中微子都不带电荷
不参与电磁相互作用和强相互作用
但参与弱相互作用和引力相互作用
它们质量非常小
不带电
太阳、宇宙线、核电站、加速器等都能产生大量中微子
中微子的探测比较困难
与其他物质的相互作用十分微弱
被称为“鬼微子”
它们可以轻松地穿过人体、建筑
甚至地球
所以
中微子在概念被提出20几年后
科学家才在实验室中观测到这种神秘粒子的存在
以前人们以为中微子是没有质量的
永远以光速飞行
1998年日本的超级神冈实验发现它们可以从一种类型转变成另一种类型
称为中微子振荡
间接证明了它们具有微小的质量
不过这个质量非常非常小
1998年之前还没有测出来
它们的飞行速度非常接近光速
1998年之前也没有测出与光速的差别
由于它很难探测
是我们了解最少的基本粒子
现在还存在大量的未解之谜
正因为如此
在其它粒子都有大量证据证明严格遵守相对论时
也有不少人怀疑中微子会不会是个特例？[6]
9.7.1.4谜团
中微子有大量谜团尚未解开
首先它的质量尚未
中微子
直接测到
大小未知；
其次
中微子与它的反粒子是否为同一种粒子也不得而知；
第三
中微子振荡还有两个参数未测到
而这两个参数很可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；
第四
它有没有磁矩；等等
因此
中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉与热点学科
9.7.1.5研究范围
获得来自恒星内部的信息
中微子天文学是天体物理的一个分支
主要研究恒星上可能发生的中微子过程以及这些过程对恒星的结构和演化的作用
最早的中微子
中微子是不带电的静止质量很小的基本粒子
它和一般物质的相互作用非常弱
除特殊情况外
在恒星内部产生的中微子能够不受阻碍地跑出恒星表面
因此探测来自恒星内部的中微子可以获得有关其内部的信息
最早的研究集中在太阳
太阳的能源主要来自内部的质子-质子反应
因而会产生大量的中微子
美国布鲁克海文实验室的戴维斯等人用大体积四氯化碳作靶
利用37Cl俘获中微子的反应来探测太阳的中微子发射率
实测的结果远远小于恒星演化理论的太阳标准模型的预期值
这就是著名的太阳中微子问题
中微子震荡可以很好的解决这个问题
更多方面
中微子还大量地产生于超新星爆发时和宇宙中其它物理过程中
在日本的一个矿井和美国的俄亥俄用一个巨大的水容器来探测切连可夫辐射
从而探测到了来自超新星SN 1987A的中微子辐射
欧洲共同体的GALLEX和俄国的一个装置利用中微子和镓的相互作用来探测中微子
9.7.1.6研究历史
中微子
1930年
奥地利物理学家泡利提出存在中微子的假设
1956年
柯温（C.L.Cowan）和弗雷德里克·莱因斯利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子
观测到了中微子诱发的反应：
这是第一次从实验上得到中微子存在的证据
泡利的中微子假说和费米的β衰变理论虽然逐渐被人们接受
但终究还蒙上了一层迷雾：谁也没有见到中微子
就连泡利本人也曾说过
中微子是永远测不到的
在泡利提出中微子假说的时候
我国物理学家王淦昌正在德国柏林大学读研究生
直到回国
他还一直关心着β衰变和检验中微子的实验
1941年
王淦昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的文章
发表在次年美国的《物理评论》杂志上
心宿二
1942年6月
该刊发表了美国物理学家艾伦根据王淦昌方案作的实验结果
证实了中微子的存在
这是这一年中世界物理学界的一件大事
但当时的实验不是非常成功
直到1952年
艾伦与罗德巴克合作
才第一次成功地完成了实验
同一年
戴维斯也实现了王淦昌的建议
并最终证明中微子不是几个而是一个
在电子俘获试验证实了中微子的存在以后
进一步的工作就是测量中微子与质子相互作用引起的反应
直接探测中微子
由于中微子与物质相互作用极弱
这种实验是非常困难的
直到1956年
这项实验才由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯完成
首先实验需要一个强中微子源
核反应堆就是合适的源
这是由于核燃料吸收中子后会发生裂变
分裂成碎片时又放出中子
从而使其再次裂变
裂变碎片大多是β放射性的
反应堆中有大量裂变碎片
因此它不仅是强大的中子源
也是一个强大的中微子源
因为中微子反应几率很小
要求用大量的靶核
莱因斯选用氢核（质子）作靶核
使用了两个装有氯化镉溶液的容器
夹在三个液体闪烁计数器中
这种闪烁液体是是一种在射线下能发出荧光的液体
每来一个射线就发出一次荧光
由于中微子与构成原子核的质子碰撞时发出的明显的频闪很有特异性
从而证实了中微子的存在
为此
他与发现轻子的美国物理学家马丁·珀尔分享了1995年诺贝尔物理学奖
理论上讲
中微子的假设非常成功
但要观察它的存在却非常困难
由于它的质量小又不带电荷
与其它粒子间的相互作用非常弱
因而很难探测它的存在
1953年
美国洛斯阿拉莫斯科学实验室的物理学家莱因斯和柯万领导的物理学小组着手进行这种艰难的寻觅
1956年
他们在美国原子能委员会所属的佐治亚州萨凡纳河的一个大型裂变反应堆进行探测
终于探测到反中微子
1962年又发现另一种反中微子
在泡利提出中微子假说以后
经过26年
人们才第一次捕捉到了中微子
也打破了泡利本人认为中微子永远观测不到的悲观观点
中微子是哪一味？
每一种中微子都对应一种带电的轻子——电子中微子对应电子
μ中微子对应μ子
同理
τ（希腊字母
普通话念“涛”）中微子对应τ子
电子中微子
电子与原子相互作用
将能量一下子释放出来
会照亮一个接近球形的区域
μ中微子
μ子不像电子那样擅长相互作用
它会在冰中穿行至少1千米
产生一个光锥
τ中微子
τ子会迅速衰变
它的出现和消失会产生两个光球
被称为“双爆”
相关研究
为了研究中微子的性质
各国建造了
中微子望远镜
大量探测设施
比较著名的有日本神冈町的地下中微子探测装置、意大利的“宏观”、俄罗斯在贝加尔湖建造的水下中微子探测设施以及美国在南极地区建造的中微子观测装置
中微子
1930年
奥地利物理学家泡利提出存在中微子的假设
1956年
柯温（C.L.Cowan）和弗雷德里克·莱因斯利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子
观测到了中微子诱发的反应：
这是第一次从实验上得到中微子存在的证据
泡利的中微子假说和费米的β衰变理论虽然逐渐被人们接受
但终究还蒙上了一层迷雾：谁也没有见到中微子
就连泡利本人也曾说过
中微子是永远测不到的
在泡利提出中微子假说的时候
我国物理学家王淦昌正在德国柏林大学读研究生
直到回国
他还一直关心着β衰变和检验中微子的实验
1941年
王淦昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的文章
发表在次年美国的《物理评论》杂志上
心宿二
1942年6月
该刊发表了美国物理学家艾伦根据王淦昌方案作的实验结果
证实了中微子的存在
这是这一年中世界物理学界的一件大事
但当时的实验不是非常成功
直到1952年
艾伦与罗德巴克合作
才第一次成功地完成了实验
同一年
戴维斯也实现了王淦昌的建议
并最终证明中微子不是几个而是一个
在电子俘获试验证实了中微子的存在以后
进一步的工作就是测量中微子与质子相互作用引起的反应
直接探测中微子
由于中微子与物质相互作用极弱
这种实验是非常困难的
直到1956年
这项实验才由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯完成
首先实验需要一个强中微子源
核反应堆就是合适的源
这是由于核燃料吸收中子后会发生裂变
分裂成碎片时又放出中子
从而使其再次裂变
裂变碎片大多是β放射性的
反应堆中有大量裂变碎片
因此它不仅是强大的中子源
也是一个强大的中微子源
因为中微子反应几率很小
要求用大量的靶核
莱因斯选用氢核（质子）作靶核
使用了两个装有氯化镉溶液的容器
夹在三个液体闪烁计数器中
这种闪烁液体是是一种在射线下能发出荧光的液体
每来一个射线就发出一次荧光
由于中微子与构成原子核的质子碰撞时发出的明显的频闪很有特异性
从而证实了中微子的存在
为此
他与发现轻子的美国物理学家马丁·珀尔分享了1995年诺贝尔物理学奖
理论上讲
中微子的假设非常成功
但要观察它的存在却非常困难
由于它的质量小又不带电荷
与其它粒子间的相互作用非常弱
因而很难探测它的存在
1953年
美国洛斯阿拉莫斯科学实验室的物理学家莱因斯和柯万领导的物理学小组着手进行这种艰难的寻觅
1956年
他们在美国原子能委员会所属的佐治亚州萨凡纳河的一个大型裂变反应堆进行探测
终于探测到反中微子
1962年又发现另一种反中微子
在泡利提出中微子假说以后
经过26年
人们才第一次捕捉到了中微子
也打破了泡利本人认为中微子永远观测不到的悲观观点
中微子是哪一味？
每一种中微子都对应一种带电的轻子——电子中微子对应电子
μ中微子对应μ子
同理
τ（希腊字母
普通话念“涛”）中微子对应τ子
电子中微子
电子与原子相互作用
将能量一下子释放出来
会照亮一个接近球形的区域
μ中微子
μ子不像电子那样擅长相互作用
它会在冰中穿行至少1千米
产生一个光锥
τ中微子
τ子会迅速衰变
它的出现和消失会产生两个光球
被称为“双爆”
相关研究
为了研究中微子的性质
各国建造了
中微子望远镜
大量探测设施
比较著名的有日本神冈町的地下中微子探测装置、意大利的“宏观”、俄罗斯在贝加尔湖建造的水下中微子探测设施以及美国在南极地区建造的中微子观测装置
1994年
美国威斯康星大学和加利福尼亚大学的科学家在南极冰原以下800米深处安装辐射探测器
以观测来自宇宙射线中的中微子
使用南极冰原作为探测器的安置场所
是因为冰不产生自然辐射
不会对探测效果产生影响
此外
把探测器埋到深处
是为了过滤掉宇宙中除了中微子之外的其他辐射
宇宙中微子的产生有几种方式
一种是原生的
在宇宙大爆炸产生
现在为温度很低的宇宙背景中微子
第二种是超新星爆发巨型天体活动中
在引力坍缩过程中
由质子和电子合并成中子过程中产生出来的
SN1987A中微子就是这一类
第三种是在太阳这一类恒星上
通过轻核反应产生的十几MeV以下的中微子
第四种是高能宇宙线粒子射到大气层
与其中的原子核发生核反应
产生π、K介子
这些介子再衰变产生中微子
这种中微子叫“大气中微子”
五是宇宙线中高能质子与宇宙微波背景辐射的光子碰撞产生π介子
这个过程叫“光致π介子”
π介子衰变产生高能中微子
这种中微子能量极高
第六种是宇宙线高能质子打在星体云或星际介质的原子核上产生核反应生成的介子衰变为中微子
特别在一些中子星、脉冲星等星体上可以产生这种中微子
第七种是地球上的物质自发或诱发裂变产物β衰变产生的中微子
这类中微子是很少的
泡利提出中微子假说时
还不知道中微子有没有质量
只知道即使有质量也是很小的
因为电子的最大能量与衰变时放出的总能量很接近
此时中微子带走的能量就是它的静止能量
只能是很小的
1998年6月
日本科学家宣布他们的超级神冈中微子探测装置掌握了足够的实验证据说明中微子具有静止质量
这一发现引起广泛关注
来自24个国家的350多名高能物理学家云集日本中部岐阜县的小镇神冈町
希望亲眼目睹实验过程
美国哈佛大学理论物理学家谢尔登·格拉休指出：“这是最近几十年来粒子物理领域最重要的发现之一
”
超级神冈探测器主要用来研究太阳中微子
太阳是地球上所有生命的源泉
也是地球表面最主要的能量来源
事实 上
到达地球太阳光热辐射总功率大约是170万亿千瓦
只占太阳总辐射量的22亿分之一
爱因斯坦相对论的质能关系式使人们了解了核能
而太阳正是靠着核反应才可以长期辐射出巨大能量
这就是太阳能源的来源
在太阳上质子聚变和其他一些轻核反应的过程中不仅释放出能量
而且发射出中微子
人们利用电子学方法或者放射化学的方法探测中微子
1968年
戴维斯发现探测到的太阳中微子比标准太阳模型的计算值少得多
科学还无法解释太阳中微子的失踪之谜
也许是因为中微子还有许多我们不了解的性质
这个探测装置由来自日本和美国的约120名研究人员共同维护
他们在神冈町地下一公里深处废弃的锌矿坑中设置了一个巨大水池
装有5万吨水
周围放置了1.3万个光电倍增管探测器
当中微子通过这个水槽时
由于水中氢原子核的数目极其巨大
两者发生撞击的几率相当高
碰撞发生时产生的光子被周围的光电倍增管捕获、放大
并通过转换器变成数字信号送入计算机
供科学家们分析
已经确认的有三种中微子：电子中微子、μ（缪子）中微子和τ（陶子）中微子
日本科学家设计的这个装置主要是用来探测宇宙射线与地面上空20公里处的大气层中各种粒子发生碰撞产生的缪子中微子
研究人员在6月12日出版的美国《科学》杂志上报告说
他们在535天的观测中捕获了256个从大气层进入水槽的μ中微子
只有理论值的百分之六十；在实验地背面的大气层中产生、穿过地球来到观测装置的中微子有139个
只剩下理论值的一半
他们据此推断
中微子在通过大气和穿过地球时
一部分发生了振荡现象
即从一种形态转为另一种
变为检测不到的τ中微子
根据量子物理的法则
粒子之间的相互转化只有在其具有静止质量的情况下才有可能发生
其结论不言而喻：中微子具有静止质量
研究人员指出
这个实验结果在统计上的置信度达到百分之九十九点九九以上
这个实验不能给出中微子的准确质量
只能给出这两种中微子的质量平均值之差－－大约是电子质量的一千万分之一
这也是中微子质量的下限
中微子具有质量的意义却不可忽视
一是如前所述
由于宇宙中中微子的数量极其巨大
其总质量也就非常惊人
二是在现有的量子物理框架中
科学家用假设没有质量的中微子来解释粒子的电弱作用；因此如果它有质量
目前在理论物理中最前沿的大统一理论模型（一种试图把粒子间四种基本作用中的三种统一起来的理论）就需要重建
研究方向
从19世纪末的三大发现至今
已经过去了100年
在这一个世纪
科学技术飞速发展
人类对自然有了进一步的认识
但是仍有许多自然之谜等着人们去解决
其中牵动全局的问题是粒子物理的标准模型能否突破？如何突破？中微子正是有希望的突破口之一
中微子是一门与粒子物理、核物理以及天体物理的基本问题息息相关的新兴分支科学
人类已经认识了中微子的许多性质及运动、变化规律
但是仍有许多谜团尚未解开
中微子的质量问题到底是怎么回事？
中微子有没有磁矩？
有没有右旋的中微子与左旋的反中微子？
有没有重中微子？
太阳中微子的强度有没有周期性变化？
宇宙背景中微子怎样探测？
它在暗物质中占什么地位？
恒星内部、银河系核心、超新星爆发过程、类星体、极远处和极早期宇宙有什么奥秘？
这些谜正点是将微观世界与宇观世界联系起来的重要环节
对中微子的研究不仅在高能物理和天体物理中具有重要意义
在我的日常生活中也有现实意义
人类认识客观世界的目的是为了更自觉地改造世界
我们应充分利用在研究中微子物理的过程中发展起来的实验技术和中间成果
使其转化成生产力造福人类
而中微子本身也有可能在21世纪得到应用
应用
其中可能的应用之一就是中微子通讯
由于地球是球面
加上表面建筑物、地形的遮挡
电磁波长距离传送要通过通讯卫星和地面站
而中微子可以直透地球
它在穿过地球时损耗很小
用高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减千分之一
因此从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至北京
将中微子束加以调制
就可以使其包含有用信息
在地球上任意两点进行通讯联系
无需昂贵而复杂的卫星或微波站
应用之二是中微子地球断层扫描
即地层CT
中微子与物质相互作用截面随中微子能量的提高而增加
用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的中微子束定向照射地层
与地层物质作用可以产生局部小“地震”
类似于地震法勘探
可对深层地层也进行勘探
将地层一层一层地扫描
历史年表
1930年
德国科学家泡利预言中微子的存在
1956年
美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子
莱因斯获1995年诺贝尔奖
1962年
美国莱德曼
舒瓦茨
斯坦伯格发现第二种中微子——μ中微子
获1988年诺贝尔奖
1968年
美国戴维斯发现太阳中微子失踪
获2002年诺贝尔奖
1985年
日本神岗实验和美国IMB实验发现大气中微子反常现象
1987年
日本神岗实验和美国IMB实验观测到超新星中微子
日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖
1989年
欧洲核子研究中心证明存在且只存在三种中微子
1995年
美国LSND实验发现可能存在第四种中微子——惰性中微子
1998年
日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象
2000年
美国费米实验室发现第三种中微子
τ中微子
2001年
加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子
2002年
日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡
2003年
日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡
2006年
美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡
2007年
美国费米实验室MiniBooNE实验否定了LSND实验的结果
美国威斯康星大学和加利福尼亚大学的科学家在南极冰原以下800米深处安装辐射探测器
以观测来自宇宙射线中的中微子
使用南极冰原作为探测器的安置场所
是因为冰不产生自然辐射
不会对探测效果产生影响
此外
把探测器埋到深处
是为了过滤掉宇宙中除了中微子之外的其他辐射
宇宙中微子的产生有几种方式
一种是原生的
在宇宙大爆炸产生
现在为温度很低的宇宙背景中微子
第二种是超新星爆发巨型天体活动中
在引力坍缩过程中
由质子和电子合并成中子过程中产生出来的
SN1987A中微子就是这一类
第三种是在太阳这一类恒星上
通过轻核反应产生的十几MeV以下的中微子
第四种是高能宇宙线粒子射到大气层
与其中的原子核发生核反应
产生π、K介子
这些介子再衰变产生中微子
这种中微子叫“大气中微子”
五是宇宙线中高能质子与宇宙微波背景辐射的光子碰撞产生π介子
这个过程叫“光致π介子”
π介子衰变产生高能中微子
这种中微子能量极高
第六种是宇宙线高能质子打在星体云或星际介质的原子核上产生核反应生成的介子衰变为中微子
特别在一些中子星、脉冲星等星体上可以产生这种中微子
第七种是地球上的物质自发或诱发裂变产物β衰变产生的中微子
这类中微子是很少的
泡利提出中微子假说时
还不知道中微子有没有质量
只知道即使有质量也是很小的
因为电子的最大能量与衰变时放出的总能量很接近
此时中微子带走的能量就是它的静止能量
只能是很小的
1998年6月
日本科学家宣布他们的超级神冈中微子探测装置掌握了足够的实验证据说明中微子具有静止质量
这一发现引起广泛关注
来自24个国家的350多名高能物理学家云集日本中部岐阜县的小镇神冈町
希望亲眼目睹实验过程
美国哈佛大学理论物理学家谢尔登·格拉休指出：“这是最近几十年来粒子物理领域最重要的发现之一
”
超级神冈探测器主要用来研究太阳中微子
太阳是地球上所有生命的源泉
也是地球表面最主要的能量来源
事实 上
到达地球太阳光热辐射总功率大约是170万亿千瓦
只占太阳总辐射量的22亿分之一
爱因斯坦相对论的质能关系式使人们了解了核能
而太阳正是靠着核反应才可以长期辐射出巨大能量
这就是太阳能源的来源
在太阳上质子聚变和其他一些轻核反应的过程中不仅释放出能量
而且发射出中微子
人们利用电子学方法或者放射化学的方法探测中微子
1968年
戴维斯发现探测到的太阳中微子比标准太阳模型的计算值少得多
科学还无法解释太阳中微子的失踪之谜
也许是因为中微子还有许多我们不了解的性质
这个探测装置由来自日本和美国的约120名研究人员共同维护
他们在神冈町地下一公里深处废弃的锌矿坑中设置了一个巨大水池
装有5万吨水
周围放置了1.3万个光电倍增管探测器
当中微子通过这个水槽时
由于水中氢原子核的数目极其巨大
两者发生撞击的几率相当高
碰撞发生时产生的光子被周围的光电倍增管捕获、放大
并通过转换器变成数字信号送入计算机
供科学家们分析
已经确认的有三种中微子：电子中微子、μ（缪子）中微子和τ（陶子）中微子
日本科学家设计的这个装置主要是用来探测宇宙射线与地面上空20公里处的大气层中各种粒子发生碰撞产生的缪子中微子
研究人员在6月12日出版的美国《科学》杂志上报告说
他们在535天的观测中捕获了256个从大气层进入水槽的μ中微子
只有理论值的百分之六十；在实验地背面的大气层中产生、穿过地球来到观测装置的中微子有139个
只剩下理论值的一半
他们据此推断
中微子在通过大气和穿过地球时
一部分发生了振荡现象
即从一种形态转为另一种
变为检测不到的τ中微子
根据量子物理的法则
粒子之间的相互转化只有在其具有静止质量的情况下才有可能发生
其结论不言而喻：中微子具有静止质量
研究人员指出
这个实验结果在统计上的置信度达到百分之九十九点九九以上
这个实验不能给出中微子的准确质量
只能给出这两种中微子的质量平均值之差－－大约是电子质量的一千万分之一
这也是中微子质量的下限
中微子具有质量的意义却不可忽视
一是如前所述
由于宇宙中中微子的数量极其巨大
其总质量也就非常惊人
二是在现有的量子物理框架中
科学家用假设没有质量的中微子来解释粒子的电弱作用；因此如果它有质量
目前在理论物理中最前沿的大统一理论模型（一种试图把粒子间四种基本作用中的三种统一起来的理论）就需要重建
研究方向
从19世纪末的三大发现至今
已经过去了100年
在这一个世纪
科学技术飞速发展
人类对自然有了进一步的认识
但是仍有许多自然之谜等着人们去解决
其中牵动全局的问题是粒子物理的标准模型能否突破？如何突破？中微子正是有希望的突破口之一
中微子是一门与粒子物理、核物理以及天体物理的基本问题息息相关的新兴分支科学
人类已经认识了中微子的许多性质及运动、变化规律
但是仍有许多谜团尚未解开
中微子的质量问题到底是怎么回事？
中微子有没有磁矩？
有没有右旋的中微子与左旋的反中微子？
有没有重中微子？
太阳中微子的强度有没有周期性变化？
宇宙背景中微子怎样探测？
它在暗物质中占什么地位？
恒星内部、银河系核心、超新星爆发过程、类星体、极远处和极早期宇宙有什么奥秘？
这些谜正点是将微观世界与宇观世界联系起来的重要环节
对中微子的研究不仅在高能物理和天体物理中具有重要意义
在我的日常生活中也有现实意义
人类认识客观世界的目的是为了更自觉地改造世界
我们应充分利用在研究中微子物理的过程中发展起来的实验技术和中间成果
使其转化成生产力造福人类
而中微子本身也有可能在21世纪得到应用
应用
其中可能的应用之一就是中微子通讯
由于地球是球面
加上表面建筑物、地形的遮挡
电磁波长距离传送要通过通讯卫星和地面站
而中微子可以直透地球
它在穿过地球时损耗很小
用高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减千分之一
因此从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至北京
将中微子束加以调制
就可以使其包含有用信息
在地球上任意两点进行通讯联系
无需昂贵而复杂的卫星或微波站
应用之二是中微子地球断层扫描
即地层CT
中微子与物质相互作用截面随中微子能量的提高而增加
用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的中微子束定向照射地层
与地层物质作用可以产生局部小“地震”
类似于地震法勘探
可对深层地层也进行勘探
将地层一层一层地扫描
历史年表
1930年
德国科学家泡利预言中微子的存在
1956年
美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子
莱因斯获1995年诺贝尔奖
1962年
美国莱德曼
舒瓦茨
斯坦伯格发现第二种中微子——μ中微子
获1988年诺贝尔奖
1968年
美国戴维斯发现太阳中微子失踪
获2002年诺贝尔奖
1985年
日本神岗实验和美国IMB实验发现大气中微子反常现象
1987年
日本神岗实验和美国IMB实验观测到超新星中微子
日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖
1989年
欧洲核子研究中心证明存在且只存在三种中微子
1995年
美国LSND实验发现可能存在第四种中微子——惰性中微子
1998年
日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象
2000年
美国费米实验室发现第三种中微子
τ中微子
2001年
加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子
2002年
日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡
2003年
日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡
2006年
美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡
2007年
美国费米实验室MiniBooNE实验否定了LSND实验的结果
9.7.1.7中微子天文学
中微子天文学天体物理学的一个分支﹐主要研究恒星上可能发生的中微子过程以及这些过程对恒星的结构和演化的作用
中微子是一种不带电﹑静止质量极小的基本粒子
早在研究原子核的β衰变时就从理论上预见到中微子的存在﹐但直到1956年才在实验中观察到
中微子和一般物质的相互作用非常微弱﹐除某些特殊情况外
在恒星内部产生的中微子能够不受阻碍地跑出恒星表面﹐因此﹐对恒星发射的中微子进行探测﹐可以获得有关恒星内部的信息
太阳中微子实验
太阳每秒放出的总辐射能为 3.86×10尔格
其中绝大部分的能量由质子－质子反应产生﹐很小一部分由碳氮循环产生
这些反应中有许多分支反应过程是产生中微子的﹐中微子在地球表面处的通量是很大的
中微子具有很大的穿透本领﹐一般很难测量
美国布鲁克黑文实验室的戴维斯等人在深矿井中进行了太阳中微子的实验
实验中用大体积的四氯化二碳作靶﹐利用Cl俘获中微子的反应﹕+Cl→e +Ar﹐来探测太阳中微子
从1955年以来﹐他们所得的结果是﹕
产生过程
在恒星演化的早期和中期﹐中微子的作用很小
到恒星演化的晚期﹐中微子的作用就变得重要了
这时﹐产生中微子的过程主要有以下几种：
第一种是尤卡过程
其反应为：
(Z﹐A )→(Z +1﹐A )+e +﹐
e +(Z +1﹐A )→(Z﹐A )+
尤卡过程的总效果﹐是将电子的动能不断地转化为中微子对而放出
式中Z 为原子序数(质子数)﹐A 为质量数(核子数)﹐e 为电子﹐为电子中微子﹐为反电子中微子
第二种是中微子轫致辐射
隆捷科沃于1959年首先进行研究
电子与原子核(Z﹐A )碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为：
e +(Z +1﹐A )→e +(Z﹐A )++
第三种是光生中微子过程
丘宏义和斯塔贝尔曾在1961年首先进行研究
γ光子与电子碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为：
γ+e →e ++
第四种是电子对湮没中微子过程
丘宏义和莫里森于1960年首先进行研究
正﹑负电子对湮没为中微子对﹐其反应为：
e +e →+
式中e 为正电子
第五种是等离子体激元衰变中微子过程
J.B.亚当斯等人于1963年进行研究
等离子体激元可以按如下的反应衰变为中微子对：
→+
第二﹑三﹑四﹑五种过程是根据1958年范曼和格尔曼提出的普适弱相互作用导出的
弱电统一理论提出后
又出现了许多新的中微子过程
例如上述第三﹑四﹑五种过程右方的+都可推广为+﹐+等
作用
在恒星演化的晚期﹐中微子的作用有﹕
发射中微子﹐带走了大量的能量﹐加快了恒星演化的进程和缩短了恒星演化的时标﹔
对超新星爆发和中子星形成可能起关键作用
例如﹐有一种看法认为﹕
在一个高度演化的恒星内部﹐通过逐级热核反应﹐一直进行到合成铁
进一步的引力坍缩
将使恒星核心部分产生强烈的中子化﹐而放射出大量中微子
由于中性流弱作用的相干性﹐铁原子核对中微子有较大的散射截面
因此﹐强大的中微子束会对富含铁原子核的外壳产生足够大的压力
将外壳吹散而形成猛烈的超新星爆发
被吹散的外壳形成星云状的超新星遗迹
中子化的核心留下来形成中子星
恒星离我们十分遥远
以目前的探测技术还无法接收到它们发射的中微子流
只在超新星爆发使中微子发射剧增时
才有可能探测到
除了恒星以外
在类星体﹑激扰星系以及宇宙学研究对象中
也存在许多有关中微子过程的问题
中微子实验
中微子是当前粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉前沿学科
本身性质也有大量谜团尚未解开
在这一领域
大部分成绩均为日本和美国取得
1942年
中国科学家王淦昌提出利用轨道电子俘获检测中微子的可行方案
美国人艾伦成功地用这种方法证明了中微子的存在
80年代
中国原子能科学研究院进行了中微子静止质量的测量
证明电子反中微子的静止质量在30电子伏特以下
中微子振荡研究的下一步发展
首先必须利用核反应堆精确测量中微子混合角theta13
位于中国深圳的大亚湾核电站具有得天独厚的地理条件
是世界上进行这一测量的最佳地点
由中国科学院高能物理研究所领导的大亚湾反应堆中微子实验于2006年正式启动
联合了国内十多家研究所和大学
美国十多家国家实验室和大学
以及中国香港、中国台湾、俄罗斯、捷克的研究机构
实验总投资约3亿元人民币
2011年建成
它的建成运行将使中国在中微子研究中占据重要的国际地位
中微子具有质量
这是很早就提出过的物理概念
但是人类对于中微子的性质的研究还是非常有限的
我们至今不是非常确定地知道：几种中微子是同一种实物粒子的不同表现
还是不同性质的几种物质粒子
或者是同一种粒子组成的差别相当微小的具有不同质量的粒子
随着人类认识的深化
科学技术的发展
中微子之谜终究是会被攻破的
此次研究的中微子束源自位于日内瓦的欧洲核子研究中心
接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所
粒子束的发射方和接收方之间有着730公里的距离
研究者让粒子束以近光速运行
并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度
中微子束在两地之间的地下管道中穿梭
但物理学家们认为
一旦这些粒子确实被证实跑过了光速
将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法
甚至改变人类存在的模式
有分析人士认为
可能宇宙中的确还存在其他未知维度
中微子抄了其他维度的“近路”
才“跑”得比光快
现在此结论还有待进一步证实
大亚湾发现新中微子振荡
人民网北京3月9日电（记者 王泓漓）大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中科院高能物理研究所所长王贻芳8日在北京宣布
大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡
并测量到其振荡几率
该发现被认为是对物质世界基本规律的一项新的认识
对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用
并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”
上海交通大学物理系主任、粒子物理宇宙学研究所所长季向东这样阐释这项研究的意义：
“大亚湾实验发现了电子中微子震荡的新模式
这种模式的发现对了解为什么在物质远远多于反物质
对解释太阳系中元素的丰度有极其重要的作用
在我们所观察到的宇宙中
物质占主要地位
但为什么如此
到现在还没有一个合理的解释
大亚湾实验的结果打开了一扇大门
”
另据王贻芳透露
2002年
两名美日科学家因发现大气中微子振荡、太阳中微子振荡获得了当年的诺贝尔物理学奖
但第三种振荡一直未被发现
9年前
中科院高能所研究人员提出设想
利用大亚湾核反应堆群产生的大量中微子
来寻找中微子的第三种振荡
“2003年左右
国际上先后有7个国家提出了8个实验方案
最终有3个进入建设阶段
这就包括咱们的大亚湾核电站
”王贻芳称
为抢在竞争对手之前获得物理结果
科研人员将实验分为两个阶段
此次结果便来自第一阶段的数据
超高能中微子
那些用于监测罕见偶发事件的监测系统往往造价昂贵
但最终监测数年而一无所获
因此
近期科学家们对一个消息感到振奋鼓舞的心情也就不难理解了：
他们设立在南极的冰立方探测器——一台专用于监测中微子的巨型设备
在2013年报告检测到两个具有异常高能量的中微子粒子
其能量接近1000TeV(1千万亿电子伏特)
这比来自太阳的中微子能量高出近10亿倍
随后南极冰立方望远镜项目的科学家们进一步进行了数据分析并发现了另外26个能量高于30 TeV的中微子
科学家们目前还需要更多的观测数据才能尝试确定这些具有异乎寻常高能量的中微子的来源
而这样做将可能需要建造一台更大的探测器
但有一点
他们初步认为这些中微子是源自太阳系之外的
而自从1987年之后人们就再也没有在实验中探测到如此遥远来源的中微子
科学家们相信这些神秘粒子携带着有关天体物理学事件
如遥远星系中伽马射线暴的信息
中微子天文学天体物理学的一个分支﹐主要研究恒星上可能发生的中微子过程以及这些过程对恒星的结构和演化的作用
中微子是一种不带电﹑静止质量极小的基本粒子
早在研究原子核的β衰变时就从理论上预见到中微子的存在﹐但直到1956年才在实验中观察到
中微子和一般物质的相互作用非常微弱﹐除某些特殊情况外
在恒星内部产生的中微子能够不受阻碍地跑出恒星表面﹐因此﹐对恒星发射的中微子进行探测﹐可以获得有关恒星内部的信息
太阳中微子实验
太阳每秒放出的总辐射能为 3.86×10尔格
其中绝大部分的能量由质子－质子反应产生﹐很小一部分由碳氮循环产生
这些反应中有许多分支反应过程是产生中微子的﹐中微子在地球表面处的通量是很大的
中微子具有很大的穿透本领﹐一般很难测量
美国布鲁克黑文实验室的戴维斯等人在深矿井中进行了太阳中微子的实验
实验中用大体积的四氯化二碳作靶﹐利用Cl俘获中微子的反应﹕+Cl→e +Ar﹐来探测太阳中微子
从1955年以来﹐他们所得的结果是﹕
产生过程
在恒星演化的早期和中期﹐中微子的作用很小
到恒星演化的晚期﹐中微子的作用就变得重要了
这时﹐产生中微子的过程主要有以下几种：
第一种是尤卡过程
其反应为：
(Z﹐A )→(Z +1﹐A )+e +﹐
e +(Z +1﹐A )→(Z﹐A )+
尤卡过程的总效果﹐是将电子的动能不断地转化为中微子对而放出
式中Z 为原子序数(质子数)﹐A 为质量数(核子数)﹐e 为电子﹐为电子中微子﹐为反电子中微子
第二种是中微子轫致辐射
隆捷科沃于1959年首先进行研究
电子与原子核(Z﹐A )碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为：
e +(Z +1﹐A )→e +(Z﹐A )++
第三种是光生中微子过程
丘宏义和斯塔贝尔曾在1961年首先进行研究
γ光子与电子碰撞﹐可以发射中微子对﹐其反应为：
γ+e →e ++
第四种是电子对湮没中微子过程
丘宏义和莫里森于1960年首先进行研究
正﹑负电子对湮没为中微子对﹐其反应为：
e +e →+
式中e 为正电子
第五种是等离子体激元衰变中微子过程
J.B.亚当斯等人于1963年进行研究
等离子体激元可以按如下的反应衰变为中微子对：
→+
第二﹑三﹑四﹑五种过程是根据1958年范曼和格尔曼提出的普适弱相互作用导出的
弱电统一理论提出后
又出现了许多新的中微子过程
例如上述第三﹑四﹑五种过程右方的+都可推广为+﹐+等
作用
在恒星演化的晚期﹐中微子的作用有﹕
发射中微子﹐带走了大量的能量﹐加快了恒星演化的进程和缩短了恒星演化的时标﹔
对超新星爆发和中子星形成可能起关键作用
例如﹐有一种看法认为﹕
在一个高度演化的恒星内部﹐通过逐级热核反应﹐一直进行到合成铁
进一步的引力坍缩
将使恒星核心部分产生强烈的中子化﹐而放射出大量中微子
由于中性流弱作用的相干性﹐铁原子核对中微子有较大的散射截面
因此﹐强大的中微子束会对富含铁原子核的外壳产生足够大的压力
将外壳吹散而形成猛烈的超新星爆发
被吹散的外壳形成星云状的超新星遗迹
中子化的核心留下来形成中子星
恒星离我们十分遥远
以目前的探测技术还无法接收到它们发射的中微子流
只在超新星爆发使中微子发射剧增时
才有可能探测到
除了恒星以外
在类星体﹑激扰星系以及宇宙学研究对象中
也存在许多有关中微子过程的问题
中微子实验
中微子是当前粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉前沿学科
本身性质也有大量谜团尚未解开
在这一领域
大部分成绩均为日本和美国取得
1942年
中国科学家王淦昌提出利用轨道电子俘获检测中微子的可行方案
美国人艾伦成功地用这种方法证明了中微子的存在
80年代
中国原子能科学研究院进行了中微子静止质量的测量
证明电子反中微子的静止质量在30电子伏特以下
中微子振荡研究的下一步发展
首先必须利用核反应堆精确测量中微子混合角theta13
位于中国深圳的大亚湾核电站具有得天独厚的地理条件
是世界上进行这一测量的最佳地点
由中国科学院高能物理研究所领导的大亚湾反应堆中微子实验于2006年正式启动
联合了国内十多家研究所和大学
美国十多家国家实验室和大学
以及中国香港、中国台湾、俄罗斯、捷克的研究机构
实验总投资约3亿元人民币
2011年建成
它的建成运行将使中国在中微子研究中占据重要的国际地位
中微子具有质量
这是很早就提出过的物理概念
但是人类对于中微子的性质的研究还是非常有限的
我们至今不是非常确定地知道：几种中微子是同一种实物粒子的不同表现
还是不同性质的几种物质粒子
或者是同一种粒子组成的差别相当微小的具有不同质量的粒子
随着人类认识的深化
科学技术的发展
中微子之谜终究是会被攻破的
此次研究的中微子束源自位于日内瓦的欧洲核子研究中心
接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所
粒子束的发射方和接收方之间有着730公里的距离
研究者让粒子束以近光速运行
并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度
中微子束在两地之间的地下管道中穿梭
但物理学家们认为
一旦这些粒子确实被证实跑过了光速
将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法
甚至改变人类存在的模式
有分析人士认为
可能宇宙中的确还存在其他未知维度
中微子抄了其他维度的“近路”
才“跑”得比光快
现在此结论还有待进一步证实
大亚湾发现新中微子振荡
人民网北京3月9日电（记者 王泓漓）大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中科院高能物理研究所所长王贻芳8日在北京宣布
大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡
并测量到其振荡几率
该发现被认为是对物质世界基本规律的一项新的认识
对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用
并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”
上海交通大学物理系主任、粒子物理宇宙学研究所所长季向东这样阐释这项研究的意义：
“大亚湾实验发现了电子中微子震荡的新模式
这种模式的发现对了解为什么在物质远远多于反物质
对解释太阳系中元素的丰度有极其重要的作用
在我们所观察到的宇宙中
物质占主要地位
但为什么如此
到现在还没有一个合理的解释
大亚湾实验的结果打开了一扇大门
”
另据王贻芳透露
2002年
两名美日科学家因发现大气中微子振荡、太阳中微子振荡获得了当年的诺贝尔物理学奖
但第三种振荡一直未被发现
9年前
中科院高能所研究人员提出设想
利用大亚湾核反应堆群产生的大量中微子
来寻找中微子的第三种振荡
“2003年左右
国际上先后有7个国家提出了8个实验方案
最终有3个进入建设阶段
这就包括咱们的大亚湾核电站
”王贻芳称
为抢在竞争对手之前获得物理结果
科研人员将实验分为两个阶段
此次结果便来自第一阶段的数据
超高能中微子
那些用于监测罕见偶发事件的监测系统往往造价昂贵
但最终监测数年而一无所获
因此
近期科学家们对一个消息感到振奋鼓舞的心情也就不难理解了：
他们设立在南极的冰立方探测器——一台专用于监测中微子的巨型设备
在2013年报告检测到两个具有异常高能量的中微子粒子
其能量接近1000TeV(1千万亿电子伏特)
这比来自太阳的中微子能量高出近10亿倍
随后南极冰立方望远镜项目的科学家们进一步进行了数据分析并发现了另外26个能量高于30 TeV的中微子
科学家们目前还需要更多的观测数据才能尝试确定这些具有异乎寻常高能量的中微子的来源
而这样做将可能需要建造一台更大的探测器
但有一点
他们初步认为这些中微子是源自太阳系之外的
而自从1987年之后人们就再也没有在实验中探测到如此遥远来源的中微子
科学家们相信这些神秘粒子携带着有关天体物理学事件
如遥远星系中伽马射线暴的信息
9.7.1.8观测
由于探测技术的提高
人们可以观测到来自天体的中微子
导致了一种新的天文观测手段的产生
美国正在南极洲冰层中建造一个立方公里大的中微子天文望远镜——冰立方
法国、意大利、俄罗斯也分别在地中海和贝加尔湖中建造中微子天文望远镜
KamLAND观测到了来自地心的中微子
可以用来研究地球构造
欧盟的望远镜
欧盟正打造它的太空“鹦鹉螺号” ——KM3中微子天文望远镜
它将安装在地中海一立方公里的海水中
儒勒·凡尔纳的科幻小说《海底两万里》
讲述了尼莫(拉丁语为“无此人”的意思)船长和他的“鹦鹉螺号”潜水艇的历险故事；
中微子则是我们所能知的最接近“无物质”的最小粒子
它也是一种黑暗的物质
小说中的“鹦鹉螺号”被用来探索海底世界
中微子也可以被用来观测太空中那些遥不可及的天体
目前
欧盟正打造它的太空“鹦鹉螺号”——KM3中微子天文望远镜
它将安装在地中海一立方公里的海水中
欧洲KM3计划的负责人之一
英国谢菲尔德大学的李·汤普森博士说：
“利用中微子观察宇宙是一种全新的技术
中微子不会被其他物质吸收
也不会被其他东西反射
中微子可以穿过我们的身体
也可以穿过地球
但它们本身丝毫不受到影响
中微子不带电荷
它们的运动路线也不会因其他电磁场而弯曲
所以
一旦发现中微子
并判断出它的运动方向
我们就可以发现它在宇宙中的来源
”
由于完全不受其他物质的影响
中微子可以提供关于宇宙的最可靠信息
但要捕捉它
你必须有一个巨大的探测器
为了让KM3正常工作
大量的传感器要被放置在地中海海底的一个巨大水体之内
这样它们才能捕捉任何偶然经过的中微子轨迹
在小说中
“鹦鹉螺号”在航行中需要防御大型甲壳动物的攻击
在海底工作的KM3也有自己的麻烦
它需要被安放在一个没有过多海底生物的地方
因为这些在黑暗中大量繁殖的海底生物会自己发光
从而干扰感应器对中微子光的捕捉
北京的望远镜
与此同时
研究人员还在北京实现了第二台望远镜的全遥控试运行
成功实现了与中意合作ARGO全覆盖地面探测器的联合观测
截至5月23日凌晨
这台望远镜已观测到50多个宇宙线事例
中国科学院高能物理研究所研究人员表示
超高能中微子望远镜研制的成功
标志着中国具备了实施超高能中微子探测这一探索性研究的技术和人员条件
为超高能中微子探测研究的正式立项奠定了坚实的基础
综述
一些欧洲科学家在实验中发现
中微子速度超过光速
如果实验结果经检验得以确认
阿尔伯特·爱因斯坦提出的经典理论相对论将受到挑战
光速约每秒30万公里
爱因斯坦的相对论认为没有任何物体的速度能够超过光速
这成为现代物理学的重要基础
如果真的证实这种超光速现象
其意义十分重大
整个物理学理论体系或许会因之重建
此结论：
中微子要比光子快60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）
【已被证实为实验失误
系电脑与全球定位系统（GPS）设备之间的光缆连接松动所致】
意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置
接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束
发现中微子比光子提前60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）到达
即每秒钟多“跑”6公里
“我们感到震惊
”瑞士伯尔尼大学物理学家、“奥佩拉”项目发言人安东尼奥·伊拉蒂塔托说
2011年9月22日英国《自然》杂志网站报道了这一发现
研究人员定于23日向欧洲核子研究中心提交报告
（据美国《科学》杂志网站报道
去年有关中微子比光跑得快的发现曾震惊科学界
但这个实验结果实际上是由于操作失误
电脑与全球定位系统（GPS）设备之间的光缆连接松动所致)
挑战经典
相对论是现代物理学基础理论之一
认为任何物质在真空中的速度无法超过光速
这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论
欧洲核子研究中心理论物理学家约翰·埃利斯评价：
“如果这一结果是事实
那的确非同凡响”
法国物理学家皮埃尔·比内特吕告诉法国媒体
这是“革命性”发现
一旦获得证实
“广义相对论和狭义相对论都将打上问号”
他没有参与这一项目
然而查阅过实验数据
比内特吕说
这项实验中
中微子穿过各类物质
包括地壳
“这也许会减慢它们的速度
但绝不会增加它们的速度
让它们超过光速”
有待检验
这不是爱因斯坦的光速理论首次遭遇挑战
2007年
美国费米国家实验室研究人员取得类似实验结果
但对实验的精确性存疑
“奥佩拉”项目发言人伊拉蒂塔托说
项目组充分相信实验结果
继而公开发表
“我们对实验结果非常有信心
我们一遍又一遍检查测量中所有可能出错的地方
却什么也没有发现
我们想请同行们独立核查
”
这一项目使用一套复杂的电子和照相装置
重1800吨
位于格兰萨索国家实验室地下1400米深处
项目研究人员说
这套接收装置与欧洲核子研究中心之间的距离精度为20厘米以内
测速精度为10纳秒以内
过去两年
他们观测到超过1.6万次“超光速”现象
依据这些数据
他们认定
实验结果达到六西格玛或六标准差
即确定正确
欧洲核子研究中心物理学家埃利斯对这一结果仍心存疑虑
科学家先前研究1987a超新星发出的中微子脉冲
如果最新观测结果适用于所有中微子
这颗超新星发出的中微子应比它发出的光提前数年到达地球
然而
观测显示
这些中微子仅早到数小时
“这难以符合‘欧佩拉’项目观测结果
”埃利斯说
美国费米实验室中微子项目专家阿尔方斯·韦伯认为
“欧佩拉”实验“仍存在测量误差可能”
费米实验室女发言人珍妮·托马斯说
“欧佩拉”项目结果公布前
费米实验室研究人员就打算继续做更多精确实验
可能今后一年或两年开始
伊拉蒂塔托欢迎同行对实验数据提出怀疑
同样态度谨慎
他告诉路透社记者：“这一发现如此让人吃惊
以至于眼下所有人都需要非常慎重”
就韦伯而言
即使实验结果获得确认
相对论“仍是优秀理论”
只不过“需要做一些扩充或修正”
他说
艾萨克·牛顿的重力理论不完美
但并不妨碍人类借助它飞向太空
由于探测技术的提高
人们可以观测到来自天体的中微子
导致了一种新的天文观测手段的产生
美国正在南极洲冰层中建造一个立方公里大的中微子天文望远镜——冰立方
法国、意大利、俄罗斯也分别在地中海和贝加尔湖中建造中微子天文望远镜
KamLAND观测到了来自地心的中微子
可以用来研究地球构造
欧盟的望远镜
欧盟正打造它的太空“鹦鹉螺号” ——KM3中微子天文望远镜
它将安装在地中海一立方公里的海水中
儒勒·凡尔纳的科幻小说《海底两万里》
讲述了尼莫(拉丁语为“无此人”的意思)船长和他的“鹦鹉螺号”潜水艇的历险故事；
中微子则是我们所能知的最接近“无物质”的最小粒子
它也是一种黑暗的物质
小说中的“鹦鹉螺号”被用来探索海底世界
中微子也可以被用来观测太空中那些遥不可及的天体
目前
欧盟正打造它的太空“鹦鹉螺号”——KM3中微子天文望远镜
它将安装在地中海一立方公里的海水中
欧洲KM3计划的负责人之一
英国谢菲尔德大学的李·汤普森博士说：
“利用中微子观察宇宙是一种全新的技术
中微子不会被其他物质吸收
也不会被其他东西反射
中微子可以穿过我们的身体
也可以穿过地球
但它们本身丝毫不受到影响
中微子不带电荷
它们的运动路线也不会因其他电磁场而弯曲
所以
一旦发现中微子
并判断出它的运动方向
我们就可以发现它在宇宙中的来源
”
由于完全不受其他物质的影响
中微子可以提供关于宇宙的最可靠信息
但要捕捉它
你必须有一个巨大的探测器
为了让KM3正常工作
大量的传感器要被放置在地中海海底的一个巨大水体之内
这样它们才能捕捉任何偶然经过的中微子轨迹
在小说中
“鹦鹉螺号”在航行中需要防御大型甲壳动物的攻击
在海底工作的KM3也有自己的麻烦
它需要被安放在一个没有过多海底生物的地方
因为这些在黑暗中大量繁殖的海底生物会自己发光
从而干扰感应器对中微子光的捕捉
北京的望远镜
与此同时
研究人员还在北京实现了第二台望远镜的全遥控试运行
成功实现了与中意合作ARGO全覆盖地面探测器的联合观测
截至5月23日凌晨
这台望远镜已观测到50多个宇宙线事例
中国科学院高能物理研究所研究人员表示
超高能中微子望远镜研制的成功
标志着中国具备了实施超高能中微子探测这一探索性研究的技术和人员条件
为超高能中微子探测研究的正式立项奠定了坚实的基础
综述
一些欧洲科学家在实验中发现
中微子速度超过光速
如果实验结果经检验得以确认
阿尔伯特·爱因斯坦提出的经典理论相对论将受到挑战
光速约每秒30万公里
爱因斯坦的相对论认为没有任何物体的速度能够超过光速
这成为现代物理学的重要基础
如果真的证实这种超光速现象
其意义十分重大
整个物理学理论体系或许会因之重建
此结论：
中微子要比光子快60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）
【已被证实为实验失误
系电脑与全球定位系统（GPS）设备之间的光缆连接松动所致】
意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置
接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束
发现中微子比光子提前60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）到达
即每秒钟多“跑”6公里
“我们感到震惊
”瑞士伯尔尼大学物理学家、“奥佩拉”项目发言人安东尼奥·伊拉蒂塔托说
2011年9月22日英国《自然》杂志网站报道了这一发现
研究人员定于23日向欧洲核子研究中心提交报告
（据美国《科学》杂志网站报道
去年有关中微子比光跑得快的发现曾震惊科学界
但这个实验结果实际上是由于操作失误
电脑与全球定位系统（GPS）设备之间的光缆连接松动所致)
挑战经典
相对论是现代物理学基础理论之一
认为任何物质在真空中的速度无法超过光速
这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论
欧洲核子研究中心理论物理学家约翰·埃利斯评价：
“如果这一结果是事实
那的确非同凡响”
法国物理学家皮埃尔·比内特吕告诉法国媒体
这是“革命性”发现
一旦获得证实
“广义相对论和狭义相对论都将打上问号”
他没有参与这一项目
然而查阅过实验数据
比内特吕说
这项实验中
中微子穿过各类物质
包括地壳
“这也许会减慢它们的速度
但绝不会增加它们的速度
让它们超过光速”
有待检验
这不是爱因斯坦的光速理论首次遭遇挑战
2007年
美国费米国家实验室研究人员取得类似实验结果
但对实验的精确性存疑
“奥佩拉”项目发言人伊拉蒂塔托说
项目组充分相信实验结果
继而公开发表
“我们对实验结果非常有信心
我们一遍又一遍检查测量中所有可能出错的地方
却什么也没有发现
我们想请同行们独立核查
”
这一项目使用一套复杂的电子和照相装置
重1800吨
位于格兰萨索国家实验室地下1400米深处
项目研究人员说
这套接收装置与欧洲核子研究中心之间的距离精度为20厘米以内
测速精度为10纳秒以内
过去两年
他们观测到超过1.6万次“超光速”现象
依据这些数据
他们认定
实验结果达到六西格玛或六标准差
即确定正确
欧洲核子研究中心物理学家埃利斯对这一结果仍心存疑虑
科学家先前研究1987a超新星发出的中微子脉冲
如果最新观测结果适用于所有中微子
这颗超新星发出的中微子应比它发出的光提前数年到达地球
然而
观测显示
这些中微子仅早到数小时
“这难以符合‘欧佩拉’项目观测结果
”埃利斯说
美国费米实验室中微子项目专家阿尔方斯·韦伯认为
“欧佩拉”实验“仍存在测量误差可能”
费米实验室女发言人珍妮·托马斯说
“欧佩拉”项目结果公布前
费米实验室研究人员就打算继续做更多精确实验
可能今后一年或两年开始
伊拉蒂塔托欢迎同行对实验数据提出怀疑
同样态度谨慎
他告诉路透社记者：“这一发现如此让人吃惊
以至于眼下所有人都需要非常慎重”
就韦伯而言
即使实验结果获得确认
相对论“仍是优秀理论”
只不过“需要做一些扩充或修正”
他说
艾萨克·牛顿的重力理论不完美
但并不妨碍人类借助它飞向太空