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贝塔衰变(高中物理α衰变β衰变)

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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

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什么是中微子？

中微子是一种以接近光的速度略过宇宙的亚原子微粒。

中微子是产生于多种核变进程的逃逸亚原子微粒，它的名字“中微子”是指它们不带任何电荷，而在宇宙中的四大基本力中，中微子只和万有引力和弱相互作用力之间有相互作用，这两种力也和原子放射衰减有关。因为小到几乎没有质量，它们在宇宙中能以近乎光的速度穿越。

有无数的中微子在宇宙大爆炸后的几分之一秒开始出现。而新的中微子无时无刻不在产生，在恒星的核心中，在地球上的等离子体加速器和核反应堆里，以及超新星爆炸和放射元素衰减这些过程都能产生中微子。康乃狄克州纽黑文市耶鲁大学的物理学家Karsten Heeger说，这意味着，平均起来，宇宙中的中微子数量要比质子的数量多上远不止十亿倍。

超新星SN 1987A中的中微子

尽管它们无处不在，中微子还是因为过于难以捕捉而给物理学家们留下了一个相当大的困扰，中微子流穿越大部分的物质就像是光穿过一个透明的窗口，因为它几乎不和别的任何实有的事物发生反应。此时此刻，就大约有1000亿个中微子正从你身体的每一立方厘米穿过，但是你什么都感受不到。

1970年11月13日，首次利用氢气泡室对于中微子进行的观测。中微子撞击了氢原子中的质子。这撞击发生于照片右方，是三条由带电粒子所形成轨迹的汇集之处。

探索神秘的微粒

19世纪晚期，中微子第一次被假想出来回答一个科学问题，研究者因为一种叫做贝他衰变的现象而头疼不已，在贝他衰变中，原子内的原子核会自发地释放电子，而这种现象似乎违反了能量守恒和动量守恒这两大物理学基本定理。β衰变中，粒子的最终结构所含的能量似乎稍微少了一点儿，而质子却一直都保持静止，并没有受到相反方向来的电子的轰击。直到1930年，物理学家Wolfgang Pauli（沃尔夫冈 泡利）才提出一个想法说可能是有某种其他的粒子飞出了原子核，带走了那些消失的能量和质量。

β衰变，或称贝塔衰变，是放射原子核放射电子（β粒子）和反中微子而转变为另一种核的过程。

“我做了一件极其糟糕的事情，我假想出了一种无法被捕捉到的粒子”。泡利对朋友如是说，他的这段话指出了一个事实，就是他假想出的中微子是那么的神出鬼没，不仅几乎不和周围任何东西发生相互作用，而且还几乎没有任何的质量。

过了四分之一个世纪之后，物理学家Clyde Cowan（克莱德 柯温）和Frederick Reines(弗雷德里克 莱茵斯)才建造出了一个中微子探测器并把它装在北卡罗来纳州萨凡纳河核电厂的原子反应堆旁边，他们的实验成功地捕捉了将近一百万亿个从反应堆中逃逸出来的中微子，得到了这个实验结果之后，他们就兴冲冲地用电报告知了泡利他们成功地证明了中微子的存在。因为这个成就，莱茵斯获得了1995年的诺贝尔物理学奖，而在那个时候，柯温已经去世了。

但是从那时起，中微子就一直在冲击着科学家们的认知。

太阳产生着巨量的中微子轰击着地球。20世纪中叶，研究者们建造了一些探测器来追踪这些中微子，但是它们捕捉到中微子的数量和预估的数量相比只有三分之一，也不知道是天文学家的太阳模型有错还是有些关于中微子的盲区依然没有被察觉到。

物理学家最终意识到中微子很有可能有三种不同的形态，或者种类。普通的中微子叫电子中微子，但是还存在着另外两类中微子，子中微子和Ｔ中微子。当它们从太阳跋涉到我们的星球的时候，中微子在这三种形态中震荡，这就是为什么那些早期的实验，那些只被设计来捕捉一种状态的中微子的实验，一直都没有捕捉到剩余三分之二的中微子。

但是只有拥有质量的粒子能够经受震荡的过程，这违背了早期研究中所认为的中微子几乎是没有质量的。这个时候科学家们还是不知道每种形态的中微子的确切质量，实验只明确了最重的中微子还不足质子质量的0.0000059倍。

中微子的新法则？

2011年，在意大利进行OPERA实验的研究员宣布了一条轰动世界的消息，他们探测到了中微子以超过光的速度运动，这是几乎是一件不可能的事。然而这条消息还是被媒体广泛地传播，结果就引起了大量科学界人士的质疑。而不到一年之后，物理学家发现是因为一次笔误造成了这次超过光速的发现，于是中微子就又恢复成一个遵守宇宙规则的粒子。

依据标准太阳模型，太阳内部会发生的质子-质子链反应。中微子可以经由这一过程产生。

可是科学家对中微子还是有了更多的理解。来自芝加哥城郊费米国家加速器实验室的微助推器中微子实验的研究员宣称他们已经探测到一种新型的中微子并提供了强有力的证据，这种粒子叫惰中微子，并且在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁中微子探测器之前发生一次实验异常的也证实了这个发现。惰中微子的出现将会因为它不符合标准模型而颠覆物理学的认知，而正是这个模型才解释了几乎所有已知的粒子和除了引力之外的所有力。

如果微助推器中微子实验的新结果经受得住检验，那将会是一件大事，这将打破标准模型理论，将会提出新的粒子规则，一个新的分析架构。杜克大学粒子物理学家凯特斯科伯格告诉《生活科学》。

相关知识

惰中微子是温暗物质的候选者，不参加除引力以外的任何相互作用。在标准模型中为单态。

中微子探测器是观测中微子的实验设备。 由于中微子只参与弱相互作用，一般探测器需要建造得够大，以接收到足够数量的中微子讯号。 中微子探测器一般会选择建造在地底深处，以屏蔽宇宙射线以及其它背景辐射。中微子天文学目前仍未成熟，现今已确认来自地球以外的讯号来源只有太阳和超新星SN 1987A。然而未来中微子观测站将“为天文学家提供透析宇宙的展新视野”。

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