中微子研究进程及未来实验研究
从泡利1930年提出存在中微子的假说，迄今已有85年。
下面由学术堂为大家整理出一篇题目为中微子研究进程及未来实验研究的物理史论文，供大家参考。
从泡利1930年提出存在中微子的假说，迄今已有85年。
1998年日本超级神冈实验发现中微子振荡，迎来了中微子研究的黄金时代。
各种研究蓬勃发展，美国甚至停掉了除大型强子对撞机以外的其他大型实验，将粒子物理研究的主要精力放在了中微子上。
本文将简要回顾中微子研究的历史，并介绍现在和未来的中微子实验研究。
一、发现中微子 中微子最显着的特点就是几乎不与物质相互作用，因而穿透能力强，同时也使得探测非常困难。
我们身边的中微子其实非常多，例如一个典型的核反应堆每秒钟产生6万亿亿个中微子，每秒钟有3亿亿个太阳中微子穿过每个人的身体，宇宙大爆炸的残余中微子更是在整个宇宙空间内多达330个每立方厘米。
大多数核过程都会产生中微子，例如宇宙线轰击大气、岩石的天然放射性、超新星爆炸，等等，连每个人都会因体内的钾40衰变而每天产生4亿个中微子。
这些中微子几乎自由地穿行，本身不能被探测，只有极少的一部分会被探测器捕获，变成可观测的粒子，因此现代的大型中微子实验动辄上万吨。
以江门中微子实验为例，2万吨液体闪烁体每天只能探测到60个反应堆中微子，4个大气中微子，1个地球中微子，以及90个硼8太阳中微子。
与之相比，作为本底的宇宙线则有10万个，这还是将探测器放到地下700米，宇宙线流强降低了20万倍后的结果。
自从泡利预言中微子后，人们尝试了许多方法来寻找它，其中包括王淦昌1941年提出的K电子俘获方法，美国人阿伦用它得到了中微子存在的证据。
但直到1956年，才由莱因斯（F. Reines）和柯温（C.Cowan）首次直接探测到中微子，莱因斯因此获得了1995年的诺贝尔奖。
莱因斯是一名理论物理学家，他加入了曼哈顿项目，在费曼（R. Feynman）和提出太阳内部氢核聚变机制的贝特（H. Bethe）领导下，为洛斯阿拉莫斯实验室的理论组工作。
莱因斯曾回忆说，他的理论物理思维方式在发现中微子的过程中至关重要，因为一个靠谱的实验家会认为根本没有成功的可能。
最初他和柯温的想法是在原子弹试验时，在靠近核爆中心的地下放一个探测器。
后来在别人的劝说下放弃了这个疯狂的想法，改用更温和稳定的核反应堆。
他们的第一个实验在汉福特反应堆进行，采用了300升液体闪烁体，这是当时最大的探测器。
此前的物理实验很少采用1升以上的液体闪烁体。
核武器试验产生了大科学工程的雏形，使他们敢于考虑大规模的实验。
反应堆中微子在探测器中发生反贝塔衰变反应，产生正电子和中子，短时间内在液体闪烁体中先后形成两个信号，这种特征能极大地压低天然放射性本底。
现代的反应堆实验，如大亚湾和江门中微子实验，依然沿用了这种原理。
不过由于宇宙线本底没有屏蔽好，汉福特实验的结论并不清晰，1953年他们发表论文说可能探测到了中微子。
汲取经验教训后，他们来到了更大的萨瓦纳河反应堆旁，在距反应堆11米、位于地下12米的地方，采用了更大的探测器，包括400千克氯化镉水溶液和4200升液体闪烁体。
这次他们确凿无疑地找到了中微子。
即便如此，由于探测中微子的困难性，贝特听到他们成功的消息后依然将信将疑，说我们不能论文上写的什么东西都信.也确实如此，莱因斯和柯温测得的反应截面与当时的理论符合很好，不幸的是，同年李政道和杨振宁提出宇称不守恒，导致中微子反应的理论截面增大了一倍。
他们重新分析了数据，又与新理论符合得很好，在同行中引起了非议。
也许因为这个原因，如此重要的工作过了39年才被授予诺贝尔奖。
相较于首次发现中微子的曲折和扑朔迷离，发现第二种中微子的过程看上去要简单一些。
1962年莱德曼（L. Lederman）、施瓦茨（M. Schwartz）和斯坦伯格（J. Steinberger）利用布鲁克海文实验室的15Ge V质子加速器AGS,建立了世界上第一条中微子束流。
质子束流打击铍靶，产生了大量介子，介子再衰变，变成一个缪子和一个中微子。
由于质子能量很高，所有这些次级粒子都沿原初质子的方向前冲，但只有中微子才能穿透13.5米厚的钢屏蔽层，到达10吨重的火花室探测器。
加速器产生的中微子数远不如核反应堆多，但能量要高几百倍，而中微子发生反应的截面大致正比于其能量，再加上加速器容易控制，因此比较干净地探测到了中微子。
他们发现中微子束流在探测器中只能产生缪子，而不能产生电子，说明这是一种新的中微子，缪子与缪中微子、电子与电子中微子之间分别存在轻子数守恒。
他们因此获得了1988年的诺贝尔奖。
***年，欧洲核子研究中心通过Z0衰变截面的测量，证明存在且只存在3种中微子。
最后一种中微子——陶中微子直到2000年才被美国费米实验室的DONUT实验发现。
质子由当时最强大的加速器Tevatron加速到800Ge V,打在一大块钨上，产生粲介子Ds,它的衰变可以产生一个陶轻子和一个陶反中微子。
同样，也只有中微子才能穿透屏蔽层。
陶轻子的寿命非常短，因此不像缪子和电子能在探测器中形成长的径迹，而是只有1毫米。
为了探测它，DONUT不得不采用了一种古老的技术——核乳胶，其主要成分就是传统相机胶卷上的显影成份溴化银。
陶轻子衰变成缪子或电子，我们会在探测器中看到，在1毫米的径迹后，紧跟着一条转折后的长径迹。
这个留在核乳胶上的转折是陶轻子的关键特征。
DONUT共观察到4个这样的事例，预期本底只有0.2个，因此确凿地发现了陶中微子。
1234下一页。