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中微子为什么要振荡?(上)

2015-10-20 11:13来源:科学松鼠会作者:Sheldon关键词:中微子震荡核反应核电技术收藏点赞

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我们提到了三类基本粒子:参与四种相互作用的夸克,参与三种相互作用的电子,和参与两种相互作用的中微子。还有一类粒子,它们的主要功能是负责传播相互作用,因此得名“传播子”。例如,传播强相互作用的叫胶子,它能把夸克们“粘”在一起,形成中子质子介子等亚原子粒子。传播弱相互作用的叫W+,W-,Z玻色子。传播电磁相互作用的叫光子。我们知道现代社会经常把“工”和“商”放在一起,比如工商局,工商大学,工商银行。同样,弱相互作用也可以和电磁相互作用一起,统一为电弱相互作用,正所谓“五百年前是一家”。由于类似的原因,我们经常把电子和中微子归为一类,称为轻子;而夸克自成一类,称为强子。还有一种理论上预言的希格斯粒子,人们认为它赋予了基本粒子的质量。粒子物理学“标准模型”中的四大类粒子就是:强子,轻子,传播子,和希格斯粒子。我们要讨论的中微子振荡现象,主要集中在强子和轻子之中。

“三生万物”——基本粒子家族的血缘关系

明朝开国皇帝朱元璋设计了一个很变态的户籍制度:“龙生龙,凤生凤,老鼠儿子只能去打洞”。也就是说,每个人都只能继承它父亲的职业,不得随便更改。这个制度放在粒子物理的观点来看,似乎有一定的道理。

上夸克,下夸克,电子,和电子中微子互为兄弟姐妹。前面两个是强子,后面两个是轻子。而下夸克是上夸克的对称性伙伴,电子中微子是电子的对称性伙伴。这就好像一家的大儿子叫阿龙,再生个儿子就叫阿虎一样,上夸克,下夸克,电子,和电子中微子的名字反映了它们之间的“血缘”关系。

上帝不知道为什么在制造了上下夸克,电子,电子中微子之后,又心血来潮,Ctrl+C,Ctrl+V,又Ctrl+C,又Ctrl+V,硬要把这个组合复制两遍,一共弄出三代来。正所谓“一生二,二生三,三生万物”,不是“二生万物”,也不是“一生万物”。所以,上夸克的后代叫粲(漂亮的意思)夸克,下夸克的后代叫奇(奇怪的意思)夸克;粲夸克的后代叫顶夸克,而奇夸克的后代叫底夸克。

同样的道理,电子的后代是μ子,电子中微子的后代是μ(缪)子中微子;μ子的后代是τ(套)子,μ子中微子的后代是τ子中微子。这里后代的名字受到历史原因的影响,比较拗口。大家喜欢的话,完全可以给他们改个名字叫“普天同庆”“团队之星”和“飞火流星”。

“普天同庆”变成“团队之星”,讲述的就是电子中微子转化为μ子中微子的故事。

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