第二章核衰变.ppt

* 通行无阻的中微子 ? 20世纪20年代末，人们在研究β衰变的实验中，发现总有一部分能量和动量消失了，这在当时确实令人迷惑不解，当时许多人就认为这些实验表明能量和动量并不是普遍守恒的，甚至连玻尔（丹麦物理学家，1885～1962）也持这种观点。1931年，泡利（奥地利物理学家，1900～1958）为了解释β衰变中的能量和动量失踪现象，根据守恒定律大胆地提出，应该存在着一种当时还不知道的极其微小的粒子，正是这种粒子带走了β衰变中那一部分能量和动量。1933年，费米（美国物理学家，1901～1954）提出β衰变理论，把这种粒子叫做微子。 h2πh2泡利的预言经历了24年后终于得到确认。1956年，实验证实了中微子假说，人们在β衰变的μ子的衰变中，比较直接地观察到了中微子和反中微子。现在人们已经知道，中微子有三种：e中微子、μ中微子和τ中微子。 中微子是一种不带电荷、稳定、静止质量为零的粒子。中微子和反中微子的自旋都是 (h= ，h=6.626×10-34J·S,称为普朗克常量），前者的自旋方向与运动方向相反，而后者的自旋方向与运动方向相同，中微子以光速运动，只参与弱相互作用，具有极强的穿透能力。从太阳发射出来的中微子几乎毫无阻拦地穿过太阳和地球，若要把从太阳发射出来的中微子流完全挡住，即全部吸收掉中微子流，则需要放置非常厚的铅板，其厚度超过地球到太阳的距离（1亿5千万千米）的10 000倍。 由于中微子同物质的作用非常微弱，通行无阻，以光速穿透任何物质，所以人们难以根据它与物质的碰撞来确认它的存在，20多年的时间里，科学家们在追寻中微子的行踪上，下了很大的功夫。 原来，中微子虽然不会频繁地与各种物质发生碰撞，但是在一大群中微子中，还是有极少量的中微子会与原子里的一些粒子发生碰撞，从而发出小小的“火花”当然，这“火花”用肉眼是看不到的。 最初，为了观察中微子，科学家们修建了一个很大的水池。池里贮满了水，水下每隔20米设置1个闪烁计数器，共设置了10 000个，这样，当由中微子发生器发生的中微子波束通过水池的时候，中微子波束中极少量的中微子与水中的物质粒子碰撞而产生“火花”，水中的闪烁计数器就把“火花”记录下来，再用电子计算机对闪烁计数器记录下来的数据进行加工、整理，就可以知道中微子的轨迹和数量了，但是，这种方法还有缺点，因为有一部分来自宇宙射线的粒子也会在水里引起“火花”，从而影响了闪烁计数器记录由中微子发生器发出的中微子在水里产生的“火花”的准确性。 后来，科学家们对观测方法作了改进，他们在一座大山的一边安装好中微子发生器，而在这座大山的另一边，对准中微子发生器，由近而远直线排列了3个容量都为2500升的大水桶，相邻两个水桶间隔5米，桶量装满了水，水中设置闪烁计数器，当中微子发生器开动的时候，中微子波束穿过大山，再一连通过3个大水桶，水中的闪烁计数器就把水里的“火花”记录下来，这样获得的有关中微子的数据就比较可靠了。 当然，来自宇宙射线的粒子仍然会在水里引起“火花”，但是，一般说来，来自宇宙射线的粒子的能量要比中微子发生器发出的中微子的能量大得多，而能量大的粒子在水里引起的“火花”间歇短，能量小的粒子在水里引起的“火花”间歇长，所以来自宇宙射线的粒子在水里引起的“火花”间歇也就比由中微子发生器发出的中微子在水里产生的“火花”间歇短暂得多，由于相邻两个水桶间隔5米，所以根据水里“火花”间歇暂久，就可以把来自宇宙射线的粒子在水里引起的“火花”和由中微子发生器发出的中微子在水里产生的“火花”区分开来。 既然实际上有办法测得中微子的存在，那么应用中微子波束也就有了可能，科学家们首先想到的是把中微子波束作用信息载体，实现中微子通信。 今天，最方便而有效的通信工具就是无线电波，无线电波的波长从几毫米到几十千米。按照波长或频率，无线电波可分为长波、中波、短波、和微波四个波段，长波、中波可以在中、近距离内传递信息。短波依靠地球表面大气层中的电离层的反射，能够到达地球的任何地方，因而可以用它来进行全球通信，而微波则可以进行接力通信、卫星通信和散射通信。 但是，从军事要求上来说，上述通信方法都有着严重的缺点，因为无线电台只要有无线电波发出，通信人能接收，别人当然也能接收，这就降低了通信的必威体育官网网址性，如果一方的军事情报被对方破译了，那么一方往往由此导致战争的失败，即使一方的军事情报未被对方破译，对方也有办法对一方的无线电波施加干扰，这样，一方就无法获得正确的军事情报，更何况无线电波还往往受到太阳黑子活动引起的磁暴、雷电等外界因素的干扰。 中微子通信就没有无线电通信存在的那些弊病，由于中微子的静止质量为零，所以中微子波束能够穿过地球而毫无阻碍，这样，中微子波束就可以在地球上乃至外层空间中任何两点之间进行直线通信，中微子通信有三个目标。 中微子通信的第一