本文图片
图九:神奇的中微子
4)中微子还有另一个神奇的性质 —— 它们都是“单自旋”粒子 。 我们前面已经提到 , 自旋是基本粒子的另一种量子数 , 读者可以暂且把自旋理解为粒子在运动过程中的一种“自我内在的旋转” 。 我们用如下小图以电子的自旋来阐述这种特点
图十:电子自旋 , 图片来自网络 。 自旋是基本粒子的一种重要的性质 , 每一种基本粒子都有一个自旋的值 。 需要特别强调的是 , 自旋并不是粒子像上图所示的那样在“自转” —— 自旋不是一种运动状态 , 而是一种微观粒子的内在属性 , 就好像质量、电荷量这些物理量一样 , 是物质与生俱来的 。 现代物理学已经建立了这种自旋值的计算方法 , 但由于表现出的一些性质类似于其在“自转”运动 , 我们可以姑且用上图来刻画这种粒子的内在属性 。
当粒子运动方向固定后 , 我们看到 , 粒子可以有两种不同的旋转方式:向“左“旋转和向“右“旋转 , 这两种旋转分别用左旋和右旋来标记 , 并在计算的时候用正表示右旋 , 负表示左旋 。 多数基本粒子都有左右两种不同的自旋取值 , 例如电子、质子和中子的自旋:
本文图片
图十一:微观粒子自旋的两种不同方向 , 称之为“左旋“和“右旋“中微子的神奇特性在于它只有一个单向的自旋 。 图片来自网络但是中微子比较特别 , 在实验中观测到的中微子都是左旋(取值为 -1)的 , 而反中微子都是右旋(取值为 +1)的 。 人们从未发现左旋的反中微子 , 也没发现过右旋的中微子 。
为什么中微子会“搞特殊化“呢?这实际上是一个未解之谜 , 主流学界有两种不同的解释:
1)中微子是所谓的“马约拉纳粒子” , 这种粒子的自旋没有左右的区别 , 右旋同时也是左旋 。 以这样的观点来看 , 中微子是可以有质量的 。
2)中微子的自旋单一取向是其本身的特点 。 且中微子的左旋性说明其以光速运动 , 是几乎无质量的 。
笔者注:我们可以做一个简单的思维实验 , 如果中微子的运动速度明显慢于光速 , 那么就可以在在运动的中微子前后分别测定其自旋 , 这两个自旋明显就是相反方向的 , 更简单地说 , 我们可以设置两个观测的视线方向 , 分别前置和后置于一个运动中的中微子 , 那么这两个视线方向所观测到的自旋方向就是相反的 。 中微子在实验中只能测出单向自旋 , 那么就可以客观地猜测 , 中微子只能以光速运动 。 笔者综合了不同著作的讨论 , 在此倾向于第二种观点 , 也希望与读者讨论学习 。 持此观点的另一个原因也是今天我们所要讨论的 , 就是中微子的单自旋性与弱相互作用中的“宇称不守恒”是息息相关 , 简单的说
推荐阅读
- 历史|科普:詹姆斯·韦布空间望远镜——探索宇宙历史的“深空巨镜”
- 空间|(科技)科普:詹姆斯·韦布空间望远镜——探索宇宙历史的“深空巨镜”
- 平板|消息称 vivo 平板明年上半年推出:骁龙 870,四边等宽全面屏设计
- 硬件|汽车之家年底裁员,员工称多个职能部门已被撤销
- ASUS|华硕预热ROG Flow Z13:称其是“全球最强悍的游戏平板”
- 视点·观察|科技巨头纷纷发力元宇宙:这是否是所有人的未来?
- Monarch|消息称微软Win11 2022重大更新将在明年夏天到来
- Apple|法官称苹果零售店搜包和解协议虽不完美,但可继续进行
- IT|报道称Polestar 4电动SUV将跟保时捷Macan电动版对标
- 虚拟|比尔·盖茨关于2022年的五项预言之二:元宇宙成有用的工具