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大亚湾核电站新发现:也许我们算错了核反应

时间:2018-12-31 00:00:06 来源:天游 作者:匿名

在大亚湾核电站附近数百米的山上,世界上最好的中微子探测器潜伏着。它最初用于确认中微子的第三种变体,这种变体几年前就完成了。现在正在实现另一个惊人的结果。——解释了为什么核反应堆产生如此少的中微子。 最近,关于大亚湾反应堆中微子实验《大亚湾反应堆中微子流强和能谱的演化》的论文发表在《物理评论快报》上,并附有法国科学家法鲁《弄清反中微子反常》的文章。最神秘的基本粒子中微子引起了人们的兴趣。 反应堆产生的中微子不够吗? 通过实验检测的反应器中的中微子数量总是小于理论模型预期的数量。这是近年来物理学家们混淆的“反应堆中微子异常”现象。 2011年,发现计算方法与实验结果相差6%。 中国科学院高能物理研究所研究员曹军在博客中说,大多数核反应堆使用的是铀235,铀238,钍239和钍241.中微子来自其裂变产物随后的衰变,占据约5%的能量。目前使用的模型是在20世纪80年代由裂变材料释放的几种电子能谱的实验测量之后引入的中微子光谱。该模型不符合实验结果。 以前的物理学家倾向于所谓的“惰性中微子”假设,也就是说,中微子变成了一种难以察觉的形态。大亚湾实验的新论文给出了一个更简单的解释:我们为核燃料产生了多少中微子是错误的。 曹军说:“反应堆一般以恒定功率发电。这四种同位素释放的能量在每次裂变时相似,但释放的中微子数量与能量不同。因此,随着核燃料成分的演变,反应堆释放的中微子数量和能量分布将发生变化。“ 科学家长期监测大亚湾反应堆中四种同位素对能量的贡献。曹军说:“大亚湾实验的运行在四年的运行中积累了200多万个中微子病例。利用这些数据,可以比较不同核燃料成分中的中微子数量来估算每个中微子的中微子产量。结果发现,核燃料最重要的成分 - 铀235产生的中微子数量与模型预期不一致,主流模型预计比实际观测值高8%。第二个重要组成部分钚239符合模型预期。“曹军说:“如果中微子异常是由普通中微子振荡到惰性中微子引起的,那么不同的燃料成分应该具有相同比例的中微子缺失,因为中微子振荡和产生它的铀仍然没关系。实验数据似乎不符合这一假设。根据大亚湾实验的新结果,反应堆的中微子异常可能是对铀235的中微子产量的不正确计算,而不是“惰性微观微观”儿童”。 如何测量中微子的质量? 尽管“反应堆中微子异常”现象似乎已经破裂,但仍有许多关于中微子的未解之谜。中微子是隐士,很少与其他粒子发生反应。捕获并不容易,鲜为人知,即使其质量尚未得到澄清。 很长一段时间以来,在每个人都认可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,小柴长军发现了超新星中微子,这证明了中微子的质量。标准模型打开了一个空白。 既然有质量,中微子的质量是什么? 中微子根据它们与外界的相互作用方式分为三种口味。——电子中微子,中微子和中微子。中微子的质量和味道无法同时测量。 在大亚湾实验中测量了中微子的第三次振荡。 振荡意味着中微子在运行时会从一种味道变为另一种味道。梅赛德斯 - 奔驰成为宝马,宝马成为奥迪,奥迪成为梅赛德斯。这意味着如果您测量梅赛德斯中微子的质量,您可以获得3种不同的结果,并根据概率随机出现。 曹军介绍说,以前的中微子振荡实验研究只能测量中微子质量的平方差,不能给出绝对质量。现有的直接测量和宇宙学测量只能表明中微子不到电子质量的百万分之一。这些发现不足以确定中微子的质量。 中微子绝对质量的测量将由中微子非振荡物理研究得出。根据曹军的说法,这项研究可以通过精确测量衰变电子能量的终点,或测量无中微子衰变(如果发生这种衰变)或通过宇宙测量来完成。以这种方式,可以获得中微子质量的另一种关系,并且可以通过组合上述已知条件来解决三种中微子的质量。但是,在任何一种情况下,要计算中微子的质量,首先必须知道中微子的质量顺序。但目前中微子的质量秩序仍然是一个谜。科学家们知道,中微子的三种质量状态是不同的,但他们不知道哪一种是最重的,哪一种是最轻的。中国正在建设的江门中微子实验装置(JUNO)的目标是找到更多中微子质量序列的证据,并希望它能帮助我们解决未来中微子质量的神秘面纱。 什么是中微子的反粒子? 在科学家的眼中,中微子和电子是近亲,但它们没有带电,这也保护它们免受宇宙中各种电荷的影响。 已知物质和反物质之间的区别是电荷。例如,电子携带负电荷,其反物质带正电荷。当两者相撞时,它们会湮灭并发光。中微子不带电,所以中微子可能是他们自己的反粒子?如果中微子不是他们自己的反粒子,那么物质和反物质之间的差异不仅仅是电荷,而且可能是未知的对称性。 “无中微子双β衰变”实验可以照亮雾。该实验的理论基础是两个中子同时衰变为质子,产生两个电子和两个反中微子;如果中微子是它自己的反粒子,产生的两个反中微子就会发生湮灭,因此只有电子才能从衰变中产生。 一些建筑实验将寻找“无中微子双β衰变”,例如加拿大SNO实验,意大利CUORE实验,废物隔离测试工厂的美国EXO-200实验以及美国矿山的MAJORANA实验。 暗物质候选“惰性中微子”真的存在吗? 在解释“反应堆中子像差”现象时,科学家们怀疑这种现象与“惰性中微子”有关。什么是惰性中微子?惰性中微子是否存在? 惰性中微子是孤立的,除了引力之外不参与任何相互作用。天文学家曾经认为宇宙中的暗物质具有引力效应但是看不见,也许是中微子。但实验表明,中微子的质量太微不足道,不到电子质量的百万分之一,因为它不是暗物质的顺序。假设中微子很重,足以成为暗物质的“理想候选者”。 超新星爆炸将释放大量中微子。如果存在惰性中微子,其反应力可以推动超新星遗迹,而天文学家确实观察到超新星残余物的加速;惰性中微子也可能衰变为X射线光子,一些天文台发现的X射线表明存在比电子重100倍的惰性中微子。但是,现有的证据还远远不够。为此,科学家们还需要研究短程运动中的中微子。费米实验室的科学家将使用三个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实验以寻找惰性中微子。