中微子实验的过去、现在与未来 -- 2015年诺贝尔物理学奖解读

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中微子实验的过去、现在与未来

——2015年诺贝尔物理学奖解读

陈少敏

摘要：中微子是目前粒子物理、核物理、地球物理与天体物理及宇宙学研究中的一个交叉热门研究方向。2015年10月6日，瑞典皇家科学院宣布2015年诺贝尔物理学奖授予梶田隆章（TakaakižKajita）和阿瑟ž麦克唐纳（Arthur B.McDonald），以表彰他们在发现中微子振荡也就是中微子有质量上所作出的贡献。本文将从中微子物理发展历史角度介绍中微子实验的过去、当前状况及未来发展，尤其是通过侧重对中微子振荡实验的介绍来解读该奖项。最后，还介绍了国内目前正在开展与拟议建设的中微子实验。

关键词：中微子、中微子质量、中微子振荡、中微子实验。

2015年10月6日，瑞典皇家科学院宣布2015年诺贝尔物理学奖授予梶田隆章（Takaaki žKajita）和阿瑟.麦克唐纳（Arthur B.McDonald），以表彰他们在发现中微子振荡也就是中微子有质量上所作出的贡献。在其进一步的说明中还提到，来自日本的梶田隆章与加拿大的阿瑟.麦克唐纳是两个大型研究团队——超级神冈实验（Super Kamiokande）与萨德伯里中微子观测站（SNO）的科学家。这两个实验证明了中微子可以改变它们的形态，而理论上这样的形态改变要求中微子有质量。这一发现改变了我们对物质最深层次的认识，并将证明对理解宇宙具有关键性的作用。对于普通读者而言，为了理解这一发现，可以打个比方，人分为男性与女性。只要是一个现实世界的人（即有质量），那么当你从生理学上判断这个人性别的时候，会发现这个人有时呈现为男性，有时呈现为女性。进一步地，你还会发现这种变化还与这个人所处的物质环境有关，这些也就是所谓的振荡现象。最重要的是，当你发现生理学方法已经不是一个好方法而需要用更高级的方法时，你的确通过各种振荡实验研究找到了新的方法（例如遗传学方法），而且用藉此建立起来的振荡理论可以准确预言这种人体性别形态变化随时间的变化关系时，这是不是一件奇妙的事！如果此研究还可以揭开男、女比例失衡问题与未来走势，这是不是更令你感到惊叹！

1认识中微子

中微子，中文又称微中子，起名源自拉丁语：neutrino，其字面的意义为“电中性的微小粒子”。中微子有多热，打开百度搜索器会发现其英文与中文名下有近五百万条的查询结果。为什么中微子有如此高的关注度，本文将结合2015年诺贝尔物理学奖对中微子的相关物理与实验进行详述。

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文章整体结构如下：1.认识中微子；2.标准模型与中微子原理；3.中微子振荡；4.中微子振荡实验；5.中微子混合角；6.中微子质量与排序；7.中微子的未来；8.未来中国的中微子实验；9.结语。

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