中微子

组成物质世界的基本粒子之一
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中微子(Neutrino),是构成物质世界的基本粒子之一,也是宇宙中最丰富、最古老也最原始的粒子之一,常用符号ν表示。[6][5]中微子不带电,质量非常轻,小于电子的百万分之一,以接近光速运动,具有极强的穿透力,几乎不与任何物质发生反应,只参与非常微弱的弱相互作用。由于检测非常困难,中微子又被称为“幽灵粒子”。[6]
中微子在宇宙形成之初就存在,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300个。[6]历史上很长一段时间内人们认为中微子质量为零,20世纪60年代开始,科学家发现中微子有“味道”的属性,分为电子中微子、缪中微子和陶中微子三种类型。不同类型的中微子可相互转换,这种现象被称为振荡,提供了中微子具有质量的有力证据。[7][8][5]截至2025年,最精确的测量结果将其限定在0.45电子伏特(eV)以内。[5][3]对于每个中微子,还存在一个相应的反粒子,称为反中微子,中微子和反中微子有符号相反的手征性和弱同位旋。[9]
研究中微子对于认识宇宙和世界物质都具有非常重要的意义,相关研究属于国际最前沿的基础科学领域,诺贝尔物理学奖历史上曾五次[a]嘉奖中微子研究。[10][6][11]中微子还用于超新星的观测,超新星爆发时,会产生巨大的能量,而中微子会带走超新星爆发出的99%的能量,科学家们通过观测这些中微子来研究超新星爆炸的过程和宇宙的演化。[12]其中,高能中微子(一般认为能量大于1015eV为超高能,能量大于1018eV为极高能) [13][14]的发现为使用宇宙中微子进行天体物理测量铺平了道路,在研究宇宙线起源方面有重要应用。[15]同时由于传播速度快,是信息的绝佳载体,因此中微子在雷达、通信等领域具有潜在军事应用前景。[16]

类型

已知的中微子共有三种类型,分别是电子中微子(νe)、缪中微子(νμ)和陶中微子(ντ)。[3]当中微子与物质通过交换W玻色子相互作用时,产生与中微子的味相同的带电的轻子,[17]中微子的类型来源于其产生方式,电子在弱相互作用过程中产生的中微子称为电子型中微子,μ介子和τ子产生的中微子分别称为μ介子型中微子和τ子型中微子,在带电流反应中,每种味的中微子都与名字中对应味的带电轻子是关联出现的。中微子振荡过程中三种中微子可以互相转变。[18]