鬼粒子

鬼粒子，是中微子的別稱，因中微子難以捕捉的特性而得名。中微子是輕子的一種，是組成自然界的最基本的粒子之一，常用符號ν表示。中微子不帶電，自旋為1/2，質量非常輕（小於電子的百萬分之一），以接近光速運動。

基本介紹

• 中文名：鬼粒子
• 外文名：neutrino
• 別稱：中微子
• 特性：難以捕捉

簡介

鬼粒子其實就是中微子。中微子體積微小，幾乎沒有質量，它們無處不在。中微子是在“大爆炸”中創造出來的，也能在太陽內部和人體內形成，科學家們認為，每秒約有100萬億個中微子通過人體，不過，對我們並沒有傷害。由於中微子的運動速度很快且體型很小，科學家們很難探測到其行蹤，從而對其進行仔細地研究，因此中微子也被稱為“鬼粒子”。

發現歷史

大亞灣中微子實驗設備1930年，奧地利物理學家泡利為了解釋貝塔衰變中能量不守恆現象，提出可能存在一種看不見摸不著的粒子，“偷走了”能量。這種粒子不帶電，沒有質量，幾乎不與物質發生相互作用，因此捕捉不到它。泡利因為預言了中微子存在，在以後獲得1945年諾貝爾物理學獎。

大亞灣中微子實驗設備

1933年，這種粒子被義大利著名物理學家、1938年諾貝爾物理學獎得主費米正式命名為中微子。

1942年6月，美國物理學家艾倫根據王淦昌提出的方案進行實驗，證實了中微子的存在，成為轟動全球物理學界的大事件。

中微子的存在被證實後，科學家下一步的工作就是測量中微子與質子相互作用引起的反應，進而直接探測中微子的活動規律。由於這種粒子難以捕捉，直到1956年，科學家才在實驗室中第一次觀測到這種神秘粒子。這項試驗才由美國物理學家弗雷德里克·萊因斯完成。最終，在泡利提出中微子假說以後的26年，人們第一次捕捉到了中微子，也打破了泡利本人認為中微子永遠觀測不到的悲觀觀點。

1988年，美國科學家萊德曼、舒瓦茨和斯坦伯格，因為發現第二種中微子——μ中微子而獲諾貝爾獎。

1995年，美國科學家萊因斯，因為1956年在實驗中首次觀測到中微子，而與τ子的發現者分享了諾貝爾物理學獎。

2002年，美國科學家戴維斯和日本科學家小柴昌俊因發現太陽中微子失蹤現象以及觀測到超新星中微子而獲諾貝爾獎。

結構

根據現代粒子物理學，構成物質世界的最基本單元是夸克和輕子。其中包括6種夸克和6種輕子。輕子包括3種帶電輕子：e(電子)、μ子、τ子，以及3種中微子即電子中微子、μ中微子、τ中微子。

在地球1平方厘米表面上，也就是指甲蓋大小，每秒就會落下約600億個來自太陽的中微子。每秒無數中微子穿過一個人身體，但不會發生作用。對它來說，人基本上是空的。

性質

鬼粒子研究如果沒有中微子，太陽不會發光，不會有比氫更複雜的原子，沒有碳、氧、水、空氣，沒有地球，沒有月亮，沒有人類，也沒有宇宙。中微子不僅在微觀世界最基本的規律中起著重要作用，而且與宇宙的起源和演化有關，例如宇宙中物質與反物質的不對稱很有可能是由中微子造成的。

鬼粒子研究

但中微子非常輕、不帶電、幾乎不與物質發生相互作用，難以捕捉，被稱為鬼粒子。在所有已知粒子中，中微子是最古怪的，總共有三種類型的中微子：（陶）子中微子、（繆）子中微子和電子中微子，理論推測，它們會隨周圍環境或由自身觸發在三種類型間不斷轉化，這被稱為“中微子震盪”，但為何會震盪，還是個未解之謎。

研究進展

中國

2003年前後，國際上有7個國家提出了8個有關中微子震盪的實驗方案，最終進入建設階段的共有3個：中國的大亞灣實驗、法國的DoubleChooz實驗和韓國的RENO實驗。大亞灣實驗、法國的DoubleChooz實驗和韓國的RENO實驗。

2012年3月8日，大亞灣中微子實驗國際合作組發言人、中科院高能物理研究所所長王貽芳在北京宣布，合作組發現了一種新的中微子振盪即第三種振盪模式。這一發現轟動全球科學界。

美國

美國中微子實驗探測器2014年，全球距離最遠的中微子實驗在美國啟動，旨在研究自然界中最飄忽的亞原子粒子之一—中微子，研究結論或許有助於我們更好地解釋宇宙形成的奧秘。這台名為“Nova”的設備由兩台相距800公里的大型探測器組成，將生成世界上功能最強大的中微子束，可用來探究自然界最難以捉摸的亞原子粒子之一。科學家們認為，更好地理解中微子，將有助於我們進一步釐清宇宙的形成和演化進程。位於美國芝加哥附近的費米國家加速器實驗室將發射世界上最長、最強大的中微子束。“Nova”探測器將利用這種中微子束來記錄中微子的證據鏈。

美國中微子實驗裝備

在接下來的6年時間裡，費米國家實驗室將以中微子束的形式，朝著這兩台探測器，每秒傳送數萬億中微子。科學家們認為，這兩台探測器，每天或許只能捕獲很少的中微子，因為中微子性格孤僻，幾乎不與物質相互作用。科學家們有望從這些數據中獲得更多與中微子為何會發生震盪以及如何震盪的線索。

法捷耶夫-波波夫鬼粒子

在物理學中，法捷耶夫-波波夫鬼粒子（Faddeev–Popov ghost），是一種為了保持路徑積分表述的一致性而引入規範量子場論的附加場，以路德維希·法捷耶夫和維克多·波波夫的名字命名。

法捷耶夫-波波夫鬼粒子之所以是必須要引入的，是因為在路徑積分表述中，量子場論必須給出明確、非奇異的解，而由於規範對稱性的存在，我們無法從大量的因規範變換而相關的物理上等價的不同解挑選出唯一的解。這個問題起源於路徑積分重複考慮的規範對稱相關的場組態，這些其實對應於相同的物理態；路徑積分的測度包含一個係數，其不允許我們直接用一般的方法（例如費恩曼圖方法）從原始的作用量得到各種結果。但是，如果我們修改原始作用量，添加進去一個額外的場，打破規範對稱性，那么一般方法就可以使用了。這種場就叫做鬼場。這一方法被稱作“法捷耶夫-波波夫方法”（見BRST量子化）。這種鬼場只是一種計算工具，對外部來說並不對應於任何一種實際粒子：鬼粒子在費恩曼圖中只作為虛粒子出現——或者說，只對應於某些規範組態的缺失。但是它對於維持么正性是至關重要的。

描述鬼粒子的公式和其具體形式與所選擇的具體規範有關，但對於所有規範得到的實際結果是相同的。費恩曼-胡夫特規範是用於這個目的時最簡單的規範，所以在這篇文章中我們都採用這種規範。

參見

• 物理學主題
  
• BRST量子化
  
• 量子場論