第532章 尋找重中微子實驗

作者︰一白化貝投推薦票 章節目錄 加入書簽

「從三代中微子振蕩的完整框架來看的話,對于中微子振蕩的理論研究,可以先從真空中的中微子振蕩入手……」

時間來到晚上8點,陳舟重新沉浸于自己的研究之中。

中微子振蕩理論的基礎,也是理想的真空狀態下。

中微子在真空中通過味態產生,傳播過程則是質量態。

最後再以味態進行探測,中微子混合味中的組成成分,就發生了改變。

這種中微子味轉移的現象,也就是中微子振蕩。

「中微子的味態是中微子質量態的線性疊加,具體符合式子是Vα(x)=α=1,2,3ΣUaaVa(x)……」

陳舟的大腦在飛速運轉的同時,草稿紙上的公式,也開始多了起來。

在這個公式下方,陳舟又標注了三個條件。

1是中微子是確定能量和動量的平面波,2是中微子是相對論性粒子,3是中微子的傳播方向沿著一個確定的軸方向。

這是因為,只有在前人所做的真空中的中微子振蕩實驗所作出的近似條件下,所推出的中微子振蕩實驗公式,再去談及比較復雜的太陽中微子振蕩實驗,才是有意義的。

理論研究,在任何時候,也是從基礎到復雜的。

結合這三個近似條件,陳舟手中的筆,快速的在草稿紙上移動。

「……最後,可以得到振蕩幾率的表達式︰p(α→β;t)=Σ|U*αa|?|Uβa|?+2Re[a≠bΣU*αaUβaUabU*βb‧exp(-i(Δm?ab2p)t)]……」

「這里的α,β為中微子的味態,t為質量本征態的時間演化,i是x軸的單位向量,U*為混合矩陣,Δmab為中微子的質量差,p為中微子的存活幾率……」

得到這個振蕩幾率的表達式後,陳舟停下了手中的筆,習慣性的點了點草稿紙。

腦海中飛速閃過兩個條件。

是中微子振蕩發生需要滿足的兩個條件。

1是中微子必須要有質量差。

2是混合矩陣必須存在非零的非對角元素,也就是中微子必須是混合的。

由此也可以確定最基本的一點,中微子具有質量!

只有確定了這一點,尋找重中微子的實驗,也才有意義。

不再點擊草稿紙,陳舟拿緊手中的筆,開始由二味中微子混合矩陣入手,結合振蕩公式,從理論上推導需要定義振蕩波長為多少,才能使得振蕩的幅度畢竟明顯。

隨著時間的推移,陳舟也得到了想要的理論公式。

由此,也就可以確定,在中微子振蕩實驗中,要想精確的確定不同的中微子的質量差和混合角,實驗設置要選擇對應的,不同中微子振蕩參數合適的距離,使得振蕩項最大。

初步完成真空中中微子振蕩的理論梳理之後,陳舟瞥了眼時間,已經是夜里1點多了。

想了想,陳舟並沒有立即對下一個,太陽中微子的MSW效應中中微子振蕩實驗,開展理論研究。

他重新拿起先前放在一邊的草稿紙,開始著手再次梳理一遍。

不知為何,陳舟總覺得自己似乎漏掉了什麼東西。

只可惜,再次梳理了一遍的陳舟,也還是沒有找到那感覺里遺漏的內容。

第二天,陳舟依照著自己的良好生活習慣。

起床晨跑。

隨後,解決完早飯問題,便回到了自己的房間。

陳舟在昨天就已經跟貝爾托盧奇說過,他需要獨立且安靜的空間和時間。

所以,CERN的實驗準備,他就先不參加了。

等到他完成自己的理論研究之後,或者說,他取得了理論研究的初步進展之後,再來跟研究人員一起,進行CERN今年的這最後一項重大實驗。

貝爾托盧奇雖然有些不願意,但最終還是同意了陳舟的請求。

本來嘛,貝爾托盧奇和米徹‧約翰斯通就是打著陳舟回來參加實驗,好讓他見識到CERN的強大實力,從而打動陳舟,讓這位史上最年輕的諾貝爾物理學獎得主加入的小心思。

可現在,人家完全有著自己的計劃,壓根不是那麼好打動的。

不過,貝爾托盧奇和米徹‧約翰斯通一商量,兩人也改變了一開始的計劃。

既然陳舟本人對本次尋找重中微子實驗的研究,是十分上心的,那就尊重他自己的意願,在實驗安排上去配合他。

讓陳舟在實驗的具體內容上,認識CERN的強大實力,也是一種可行的辦法。

說不定,有著這樣一位出色的物理學家,做理論研究的後盾,他們也能有一些意外的收獲呢?

回到房間的陳舟,很快便進入了狀態。

雖然說昨晚只睡了4個小時多點,但陳舟卻覺得自己的精神狀態,還是十分飽滿的。

怎麼說呢,有些人可能真的適合搞科研工作。

當他一投入進去的時候,立馬就變得不一樣了。

別說犯困打盹了,就連一丟丟走神,那都是絕對沒有的。

「在兩代中微子條件下,當物質中產生一個電子味中微子Ve,有Ve=cosφV1+sinφV2……」

「在達到A Ar區域後,r為太陽中心到所在位置的距離,中微子變為一半Ve,一半Vμ……」

「這種狀態類似于真空中45°混合情況,振蕩得到極大增強!」

「當中微子傳播傳播到物質表面的時候,變為V2=cosφVμ+sinφVe……」

「這種情況,對很多發生在共振區域的振蕩過程成立,在物質中振蕩加強稱為MSW效應。」

開始梳理太陽中微子MSW效應的陳舟,整個人的思維也變得異常活躍。

實際上,MSW效應在太陽中微子振蕩的過程中扮演很重要的角色。

從太陽的核心到太陽的表面,太陽的密度逐漸減小,在小于0.9個半徑範圍內,近似的看作其按指數形式減少。

隨著對太陽中微子的MSW效應的研究,陳舟眼前的草稿紙,也逐漸變得厚了起來。

時間在流逝,但陳舟對中微子振蕩的研究,卻在逐漸深入。

一周的時間,很快過去。

陳舟書桌上的草稿紙,也堆了滿滿的兩摞。

只不過,這些草稿紙並不全是中微子相關研究的內容。

還有數學上極小模型綱領的研究,以及化學和材料學上,對粒子探測器的研究。

雖然此時陳舟的研究重心,是放在CERN這次的尋找重中微子實驗上的。

但是,已經確定的研究方向和研究課題,他自然不會長時間放著,就此擱置。

要知道,一天放下,可能沒有什麼。

但是,一旦時間超過一個界限,那放下的東西,可就不好撿起來了。

所以,為了保持自己研究的高效,也順便調節一下中微子研究的氛圍。

陳舟同時進行著極小模型綱領和粒子探測器材料的課題研究。

在陳舟爆肝研究的這一周時間,張一凡那邊也順利「入駐」了那所實驗室。

唯一令張一凡感到尷尬的可能就是,那位希望借著陳舟之名,提升一下實驗室名氣的化學系博士。

在一開始把張一凡誤認為陳舟後,就變成連面都不露一下了。

但好在,借著「獨立」使用權的名義,張一凡順利地帶著自己的同學們,開始了粒子探測器的材料學實驗。

當然,這位化學系博士雖然不露面了,但卻沒少安排人進行盯梢。

生怕這群毛都沒長齊的「小孩」,把他實驗室里的昂貴設備給弄壞了。

對于這件事,張一凡也跟陳舟說過。

陳舟的意思是,他來解決。

但張一凡卻說,這種事沒必要讓陳舟再操心了,他之所以說一下,只是讓陳舟心里有個數。

他們自己是可以解決這件事的,實在不行,就當做沒看到好了。

再者說,陳舟本人是不會在實驗室進行實驗的,就算是說了又能起什麼作用呢?

最本質的問題,是他們在這個實驗室,進行相關的實驗。

所以,這件事的解決,還在他們自己身上。

當听到張一凡這話時,陳舟的嘴角不自覺地露出了一絲笑意。

果然,這位老同桌,還是靠譜的!

當陳舟一周時間的理論研究一結束,米徹‧約翰斯通的電話便打了進來。

不為別的,就是問問陳舟,明天是否會去CERN的對撞機實驗室。

陳舟有些哭笑不得的看了看手機,他是沒有想到的,有人竟然比他自己,把時間記得還清楚。

當然,陳舟也沒有繼續閉關研究的意思。

在看了一眼筆尖停留的地方後,他很爽快的回答了米徹‧約翰斯通。

明天開始,正式進入CERN的對撞機實驗室,開始著手參與這一次尋找重中微子的實驗。

第二天,陳舟在晨跑結束後,快速的解決了早飯。

隨即便和克羅斯一起,來到了對撞機實驗室。

到實驗室後,陳舟看了一眼強忍著的克羅斯,忍不住笑道︰「想問什麼,你就問吧。」

克羅斯聞言,快速問道︰「怎麼樣?理論研究的結果?有沒有解決中微子振蕩的問題?能不能尋找到重中微子?」

雖然知道對方要問什麼,但當對方真的問出這些問題時,陳舟還是沒好氣的說道︰「你真當我是神啊?說解決就解決了?」

克羅斯不好意思地撓了撓頭︰「你上次解決膠球實驗的問題,不就是說解決就解決了嘛……」

陳舟頓時無語,雖然很想反駁,但又覺得對方說的貌似一點問題都沒有。

停頓了片刻,陳舟才悠悠說道︰「離解決還有段距離,不過,初步的研究成果,還是有一些的,正好借著這次的實驗來驗證。」

听到陳舟的話,克羅斯頓時眼前一亮,他有些興奮地說道︰「就知道你不會空手而歸的,接下來,就讓他們這群人見識一下,什麼叫做天才吧!」

陳舟無奈的說道︰「空手而歸可不是這麼用的……」

克羅斯卻毫不介意道︰「反正你明白我的意思就行,這是我新學的成語,以後在華國能用到。」

陳舟搖了搖頭,這家伙最近確實挺用心在學漢語的,就怕到時候去了華國,因為溝通耽誤了實驗進度。

對于這一點,陳舟還是得給克羅斯點個贊的。

頓了頓,陳舟隨口又補充了一句︰「那個不叫讓他們見識一下,什麼叫做天才,應該說,是時候表演真正的技術了。」

克羅斯聞言,微微一愣,他扭頭看了陳舟一眼,總覺得這話好像在哪听過,卻又想不起來了。

現在世界各國大多數高能物理實驗合作組,都采用長基線實驗方法來測量,並計算中微子振蕩,同時尋找相應的中微子粒子。

長基線中微子的振蕩實驗,首先由高能質子加速器產生強流μ中微子束,並在出口處安裝一個近點探測器。

其後在距離中微子流出口L處,安裝一個大型遠點探測器。

兩個探測器的結構,以及探測方法均相同。

以近點探測器測量的中微子相互作用作為標準,然後與在遠點探測器測量到的中微子相互作用作比較,就可以判定是否存在中微子振蕩,並可知道中微子振蕩的模式。

但由于中微子質量很小,其振蕩概率很低,所以L要遠達上千公里才有一定的靈敏度。

例如日國的K2K與超神岡探測裝置的距離在250公里,米國的費米國家加速器實驗室和MINOS實驗探測裝置的距離在730公里。

也因此,這種實驗方法才被成為長基線中微子振蕩實驗。

也因為靈敏度的問題,以及遠距離實驗的各種因素,才會出現那些「美麗的錯誤」。

而這一次的尋找重中微子的中微子振蕩實驗,位于日內瓦的CERN,通過位于意大利地下的探測裝置ICARUS和OPERA,來進行實驗。

兩者之間的距離,大概在730公里左右。

和日國、米國的實驗室一樣,CERN這邊所做的長基線中微子振蕩實驗,因遠點探測器和近點探測器距離,只有幾百公里。

要短于理論要求的上千公里,所以實驗的精度以及靈敏度,都比較低。

但這是客觀的實驗條件,暫時無法改變的。

有趣的是,當陳舟跟米徹‧約翰斯通問到這件事時。

米徹‧約翰斯通立馬就表示,他們打算與另一實驗室合作,建一所新的遠點探測器,從而達到理論要求。

听到這話的陳舟,表情略顯古怪的看了米徹‧約翰斯通一眼。

反正建不建,跟他的關系又不大,用得著這麼急著解釋嗎?

沒有在這個問題上細究,也沒有打算詳細听一听米徹‧約翰斯通已經準備好的說詞。

陳舟隨即便開始回到實驗本身,開始跟米徹‧約翰斯通討論起實驗的事情。

他在理論研究上的初步成果,必須要有CERN的這邊的配合才行。

要不然,這終歸只是白紙上的文字。

只不過,陳舟沒想到的是。

在听完了他的描述,並翻閱了研究論文之後。

米徹‧約翰斯通兩眼放光的說道︰「你等著,我馬上就去找貝爾托盧奇博士!」

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