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大亚湾新发现:也许我们算错了核反应—新闻—

发布时间:2017-12-04 阅读:

  大亚湾新发现:也许我们算错了核反应 - 新闻 - 科学网

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  在大亚湾核电站附近几百米深的地方,世界上最好的中微子探测器正在潜伏,它最初是用来证实几年前第三次中微子变态完成任务的,另一个了不起的成就现在正在解释为什么核反应堆产生这么少的中微子。

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  近日,大亚湾反应堆中微子实验论文“大亚湾反应堆中微子流动强度与能谱演化”在“物理评论快报”上发表,同时与法国科学家法鲁的文章“找出反中微子异常”最神秘的基本粒子中微子,引起了人们的兴趣。

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  为什么反应堆产生的中微子不够?

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  实验中检测到的反应堆中微子数量一直低于理论模型的预期值,理论模型是近年来物理学家混淆的反应堆中微子异常。 2011年发现计算方法与实验结果有6%的不同。

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  中国科学院高能物理研究所所长曹军在一篇博客中说,大多数核反应堆使用铀235,铀238,钚239和钚241。中微子来自其裂变随后的衰变产品,占其能源约5%。现在使用的主要模型是20世纪80年代电子光谱被几种裂变材料释放后释放的中微子能谱。这个模型不适合实验结果。

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  以前,物理学家往往把所谓的惰性中微子假说称为中微子变成了不可预测的形式。大亚湾实验的新论文给出了一个更简单的解释:我们从核燃料中产生的中微子数是错误计算的。

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  曹军说:反应堆一般是恒定的发电。这四个同位素释放的能量在每次裂变时是相似的,但是释放的中微子的数量和能量是不一样的。因此,随着核燃料组成的演变,反应堆释放的中微子数量和能量分布将发生变化。

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  科学家们长期监测了大亚湾反应堆中四种同位素对能量的贡献。曹军说,在大亚运作的四年中,累积了200多万中微子。利用这些数据,我们可以比较不同核燃料成分的中微子数量,推导出每种同位素的中微子产额。实验发现,核燃料最重要的组成部分 - 铀235产生的中微子数量与预期的模型数量不一致。主流模式的预测比实际观察值高出8%。第二个最重要的组成部分,钚239,符合模型的预期。

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  曹军说:如果中微子异常正常的中微子振荡到惰性中微子,那么不同的燃料组分应该有相同比例的失去中微子,中微子振荡和产生它是铀还是钚没有什么关系。实验数据似乎不符合这个假设。根据大亚湾实验的新发现,反应堆中微子异常很可能是由于铀235的中微子产率的错误计算,而不是惰性中微子。

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  我们怎么能不能检测到中微子的质量?

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  尽管反应堆中微子异常似乎被破解,但中微子仍有许多谜团。中微子是隐士,很少对其他粒子做出反应。不容易被人知道,甚至它的质量还没有弄清楚。

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  起初,在已接受的基本粒子标准模型中,中微子没有质量。然而,当戴维斯发现太阳中微子时,小柴昌俊发现超新星的中微子已经证明了中微子的质量。标准模型开放了一个裂痕。

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  既然质量好,中微子的质量是多少?

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  根据与外界不同的作用方式,中微子被分为三种味电子中微子,中微子和陶子中微子。中微子质量和味道不能同时测量。

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  大亚湾实验测量了中微子的第三次振荡。

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  振荡意味着中微子在跑步时从品味变成品味,奔驰改变宝马,宝马改变奥迪,奥迪改变奔驰。这意味着,如果测量一辆梅赛德斯 - 奔驰中微子的质量,就会得到三个不同的结果,根据概率随机出现。

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  据曹军介绍,中微子振荡的实验研究只能检测到中微子的质量差,不能给出绝对质量。现有的直接测量和宇宙学测量结果只能指示中微子中每百万电子质量的一部分。这些发现不足以找到中微子的质量。

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  中微子的绝对质量的确定基于中微子非振荡物理学研究。据曹军介绍,这项研究可以通过精确测量衰变电子能量终点,或者通过测量非中微子双衰变(如果这种衰变存在)或者通过宇宙学来完成。这样就可以得到中微子质量的另一个关系。结合上述已知条件,可以解决三个中微子的质量问题。但是,无论如何,要计算中微子的质量,首先要知道中微子的质量。

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  但是,中微子的质量阶数目前还是一个谜。科学家们知道,这三种中微子有不同的质量状态,但他们不知道哪一种最重,哪一种最轻。目前在中国正在建设的JUNO的目标是要找到更多的中微子顺序的证据,希望它能帮助我们解决未来中微子质量的奥秘。

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  反粒子中微子是它自己的?

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  对于科学家来说,中微子似乎与电子近亲,而且他们没有电荷,这使得它们不受宇宙中各种电荷相互作用的影响。

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  已知物质和反物质之间的差异是一个电荷,例如电子带上的负电荷和反物质带上的正电荷,它们相互碰撞并消灭。中微子是不带电荷的,那么中微子可以成为自己的反粒子吗?如果中微子不是它们的反粒子,那么物质和反物质之间的差别不仅是电荷,而且可能是未知的对称性。

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  没有中微子双衰变实验可能能够照亮雾。这个实验的理论基础是当两个中子同时衰变到质子时,它们将产生两个电子和两个反中微子。如果中微子是他们自己的反粒子,则产生的两个反中微子就会发生湮灭,从而只有电子从衰变中产生。

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  在建的一些实验将寻找非中微子双衰减,如加拿大的SNO +实验,意大利的CUORE实验,美国废物分离实验室的EXO-200实验和美国的MAJORANA实验。

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  暗物质候选惰性中微子确实存在?

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  在解释反应堆中微子异常时,科学家推测这种现象与惰性中微子有关。什么是惰性中微子?有一个惰性的中微子吗?

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  惰性中微子是孤独的,除了万有引力之外不会参与任何相互作用。天文学家曾经认为宇宙中的暗物质有一种重力效应,但不能被看到,可能是一种中微子。然而,实验表明,中微子的质量是微不足道的,小于百万分之一的电子质量是害怕暗物质的秩序。假设的惰性中微子足够重,可以成为暗物质的理想候选者。

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  超新星爆炸可以释放出大量的中微子,如果存在惰性中微子,它们的反作用可以推动超新星的残骸,而天文学家确实观测到超新星残骸的加速;惰性中微子也可衰变成X射线光子,天文台发现的一些X射线暗示存在比电子重100倍的惰性中微子。

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  但是,现有的证据还远远不够。为此,科学家还研究了中微子进行短程运动。费米实验室的科学家将使用三种类型的探测器来搜索惰性中微子,包括短基线中微子探测器MicroBooNE和ICARUS。意大利还将启动SOX实验来寻找惰性中微子。

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