“从三代中微子振荡的完整框架来看的话,对于中微子振荡的理论研究,可以先从真空中的中微子振荡入手……”
时间来到晚上8点,陈舟重新沉浸于自己的研究之中。
中微子振荡理论的基础,也是理想的真空状态下。
中微子在真空中通过味态产生,传播过程则是质量态。
最后再以味态进行探测,中微子混合味中的组成成分,就发生了改变。
这种中微子味转移的现象,也就是中微子振荡。
“中微子的味态是中微子质量态的线性叠加,具体符合式子是Vα(x)=α=1,2,3∑UaaVa(x)……”
陈舟的大脑在飞速运转的同时,草稿纸上的公式,也开始多了起来。
在这个公式下方,陈舟又标注了三个条件。
1是中微子是确定能量和动量的平面波,2是中微子是相对论性粒子,3是中微子的传播方向沿着一个确定的轴方向。
这是因为,只有在前人所做的真空中的中微子振荡实验所作出的近似条件下,所推出的中微子振荡实验公式,再去谈及比较复杂的太阳中微子振荡实验,才是有意义的。
理论研究,在任何时候,也是从基础到复杂的。
结合这三个近似条件,陈舟手中的笔,快速的在草稿纸上移动。
“……最后,可以得到振荡几率的表达式:p(α→β;t)=∑|U*αa|²|Uβa|² 2Re[a≠b∑U*αaUβaUabU*βb·exp(-i(Δm²ab2p)t)]……”
“这里的α,β为中微子的味态,t为质量本征态的时间演化,i是x轴的单位向量,U*为混合矩阵,Δmab为中微子的质量差,p为中微子的存活几率……”
得到这个振荡几率的表达式后,陈舟停下了手中的笔,习惯性的点了点草稿纸。
脑海中飞速闪过两个条件。
是中微子振荡发生需要满足的两个条件。
1是中微子必须要有质量差。
2是混合矩阵必须存在非零的非对角元素,也就是中微子必须是混合的。
由此也可以确定最基本的一点,中微子具有质量!
只有确定了这一点,寻找重中微子的实验,也才有意义。
不再点击草稿纸,陈舟拿紧手中的笔,开始由二味中微子混合矩阵入手,结合振荡公式,从理论上推导需要定义振荡波长为多少,才能使得振荡的幅度毕竟明显。
随着时间的推移,陈舟也得到了想要的理论公式。
由此,也就可以确定,在中微子振荡实验中,要想精确的确定不同的中微子的质量差和混合角,实验设置要选择对应的,不同中微子振荡参数合适的距离,使得振荡项最大。
初步完成真空中中微子振荡的理论梳理之后,陈舟瞥了眼时间,已经是夜里1点多了。
想了想,陈舟并没有立即对下一个,太阳中微子的MSW效应中中微子振荡实验,开展理论研究。
他重新拿起先前放在一边的草稿纸,开始着手再次梳理一遍。
不知为何,陈舟总觉得自己似乎漏掉了什么东西。
只可惜,再次梳理了一遍的陈舟,也还是没有找到那感觉里遗漏的内容。
第二天,陈舟依照着自己的良好生活习惯。
起床晨跑。
随后,解决完早饭问题,便回到了自己的房间。
陈舟在昨天就已经跟贝尔托卢奇说过,他需要独立且安静的空间和时间。
所以,CERN的实验准备,他就先不参加了。
等到他完成自己的理论研究之后,或者说,他取得了理论研究的初步进展之后,再来跟研究人员一起,进行CERN今年的这最后一项重大实验。
贝尔托卢奇虽然有些不愿意,但最终还是同意了陈舟的请求。
本来嘛,贝尔托卢奇和米彻·约翰斯通就是打着陈舟回来参加实验,好让他见识到CERN的强大实力,从而打动陈舟,让这位史上最年轻的诺贝尔物理学奖得主加入的小心思。
可现在,人家完全有着自己的计划,压根不是那么好打动的。
不过,贝尔托卢奇和米彻·约翰斯通一商量,两人也改变了一开始的计划。
既然陈舟本人对本次寻找重中微子实验的研究,是十分上心的,那就尊重他自己的意愿,在实验安排上去配合他。
让陈舟在实验的具体内容上,认识CERN的强大实力,也是一种可行的办法。
说不定,有着这样一位出色的物理学家,做理论研究的后盾,他们也能有一些意外的收获呢?
回到房间的陈舟,很快便进入了状态。
虽然说昨晚只睡了4个小时多点,但陈舟却觉得自己的精神状态,还是十分饱满的。
怎么说呢,有些人可能真的适合搞科研工作。
当他一投入进去的时候,立马就变得不一样了。
别说犯困打盹了,就连一丢丢走神,那都是绝对没有的。
“在两代中微子条件下,当物质中产生一个电子味中微子Ve,有Ve=cosφV1 sinφV2……”
“在达到A≈Ar区域后,r为太阳中心到所在位置的距离,中微子变为一半Ve,一半Vμ……”
“这种状态类似于真空中45°混合情况,振荡得到极大增强!”
“当中微子传播传播到物质表面的时候,变为V2=cosφVμ sinφVe……”
“这种情况,对很多发生在共振区域的振荡过程成立,在物质中振荡加强称为MSW效应。”
开始梳理太阳中微子MSW效应的陈舟,整个人的思维也变得异常活跃。
实际上,MSW效应在太阳中微子振荡的过程中扮演很重要的角色。
从太阳的核心到太阳的表面,太阳的密度逐渐减小,在小于0.9个半径范围内,近似的看作其按指数形式减少。
随着对太阳中微子的MSW效应的研究,陈舟眼前的草稿纸,也逐渐变得厚了起来。
时间在流逝,但陈舟对中微子振荡的研究,却在逐渐深入。
一周的时间,很快过去。
陈舟书桌上的草稿纸,也堆了满满的两摞。
只不过,这些草稿纸并不全是中微子相关研究的内容。
还有数学上极小模型纲领的研究,以及化学和材料学上,对粒子探测器的研究。
虽然此时陈舟的研究重心,是放在CERN这次的寻找重中微子实验上的。
但是,已经确定的研究方向和研究课题,他自然不会长时间放着,就此搁置。
要知道,一天放下,可能没有什么。
但是,一旦时间超过一个界限,那放下的东西,可就不好捡起来了。
所以,为了保持自己研究的高效,也顺便调节一下中微子研究的氛围。
陈舟同时进行着极小模型纲领和粒子探测器材料的课题研究。
在陈舟爆肝研究的这一周时间,张一凡那边也顺利“入驻”了那所实验室。
唯一令张一凡感到尴尬的可能就是,那位希望借着陈舟之名,提升一下实验室名气的化学系博士。
在一开始把张一凡误认为陈舟后,就变成连面都不露一下了。
但好在,借着“独立”使用权的名义,张一凡顺利地带着自己的同学们,开始了粒子探测器的材料学实验。
当然,这位化学系博士虽然不露面了,但却没少安排人进行盯梢。
生怕这群毛都没长齐的“小孩”,把他实验室里的昂贵设备给弄坏了。
对于这件事,张一凡也跟陈舟说过。
陈舟的意思是,他来解决。
但张一凡却说,这种事没必要让陈舟再操心了,他之所以说一下,只是让陈舟心里有个数。
他们自己是可以解决这件事的,实在不行,就当做没看到好了。
再者说,陈舟本人是不会在实验室进行实验的,就算是说了又能起什么作用呢?
最本质的问题,是他们在这个实验室,进行相关的实验。
所以,这件事的解决,还在他们自己身上。
当听到张一凡这话时,陈舟的嘴角不自觉地露出了一丝笑意。
果然,这位老同桌,还是靠谱的!
当陈舟一周时间的理论研究一结束,米彻·约翰斯通的电话便打了进来。
不为别的,就是问问陈舟,明天是否会去CERN的对撞机实验室。
陈舟有些哭笑不得的看了看手机,他是没有想到的,有人竟然比他自己,把时间记得还清楚。
当然,陈舟也没有继续闭关研究的意思。
在看了一眼笔尖停留的地方后,他很爽快的回答了米彻·约翰斯通。
明天开始,正式进入CERN的对撞机实验室,开始着手参与这一次寻找重中微子的实验。
第二天,陈舟在晨跑结束后,快速的解决了早饭。
随即便和克罗斯一起,来到了对撞机实验室。
到实验室后,陈舟看了一眼强忍着的克罗斯,忍不住笑道:“想问什么,你就问吧。”
克罗斯闻言,快速问道:“怎么样?理论研究的结果?有没有解决中微子振荡的问题?能不能寻找到重中微子?”
虽然知道对方要问什么,但当对方真的问出这些问题时,陈舟还是没好气的说道:“你真当我是神啊?说解决就解决了?”
克罗斯不好意思地挠了挠头:“你上次解决胶球实验的问题,不就是说解决就解决了嘛……”
陈舟顿时无语,虽然很想反驳,但又觉得对方说的貌似一点问题都没有。
停顿了片刻,陈舟才悠悠说道:“离解决还有段距离,不过,初步的研究成果,还是有一些的,正好借着这次的实验来验证。”
听到陈舟的话,克罗斯顿时眼前一亮,他有些兴奋地说道:“就知道你不会空手而归的,接下来,就让他们这群人见识一下,什么叫做天才吧!”
陈舟无奈的说道:“空手而归可不是这么用的……”
克罗斯却毫不介意道:“反正你明白我的意思就行,这是我新学的成语,以后在华国能用到。”
陈舟摇了摇头,这家伙最近确实挺用心在学汉语的,就怕到时候去了华国,因为沟通耽误了实验进度。
对于这一点,陈舟还是得给克罗斯点个赞的。
顿了顿,陈舟随口又补充了一句:“那个不叫让他们见识一下,什么叫做天才,应该说,是时候表演真正的技术了。”
克罗斯闻言,微微一愣,他扭头看了陈舟一眼,总觉得这话好像在哪听过,却又想不起来了。
现在世界各国大多数高能物理实验合作组,都采用长基线实验方法来测量,并计算中微子振荡,同时寻找相应的中微子粒子。
长基线中微子的振荡实验,首先由高能质子加速器产生强流μ中微子束,并在出口处安装一个近点探测器。
其后在距离中微子流出口L处,安装一个大型远点探测器。
两个探测器的结构,以及探测方法均相同。
以近点探测器测量的中微子相互作用作为标准,然后与在远点探测器测量到的中微子相互作用作比较,就可以判定是否存在中微子振荡,并可知道中微子振荡的模式。
但由于中微子质量很小,其振荡概率很低,所以L要远达上千公里才有一定的灵敏度。
例如日国的K2K与超神冈探测装置的距离在250公里,米国的费米国家加速器实验室和MINOS实验探测装置的距离在730公里。
也因此,这种实验方法才被成为长基线中微子振荡实验。
也因为灵敏度的问题,以及远距离实验的各种因素,才会出现那些“美丽的错误”。
而这一次的寻找重中微子的中微子振荡实验,位于日内瓦的CERN,通过位于意大利地下的探测装置ICARUS和OPERA,来进行实验。
两者之间的距离,大概在730公里左右。
和日国、米国的实验室一样,CERN这边所做的长基线中微子振荡实验,因远点探测器和近点探测器距离,只有几百公里。
要短于理论要求的上千公里,所以实验的精度以及灵敏度,都比较低。
但这是客观的实验条件,暂时无法改变的。
有趣的是,当陈舟跟米彻·约翰斯通问到这件事时。
米彻·约翰斯通立马就表示,他们打算与另一实验室合作,建一所新的远点探测器,从而达到理论要求。
听到这话的陈舟,表情略显古怪的看了米彻·约翰斯通一眼。
反正建不建,跟他的关系又不大,用得着这么急着解释吗?
没有在这个问题上细究,也没有打算详细听一听米彻·约翰斯通已经准备好的说词。
陈舟随即便开始回到实验本身,开始跟米彻·约翰斯通讨论起实验的事情。
他在理论研究上的初步成果,必须要有CERN的这边的配合才行。
要不然,这终归只是白纸上的文字。
只不过,陈舟没想到的是。
在听完了他的描述,并翻阅了研究论文之后。
米彻·约翰斯通两眼放光的说道:“你等着,我马上就去找贝尔托卢奇博士!”
时间来到晚上8点,陈舟重新沉浸于自己的研究之中。
中微子振荡理论的基础,也是理想的真空状态下。
中微子在真空中通过味态产生,传播过程则是质量态。
最后再以味态进行探测,中微子混合味中的组成成分,就发生了改变。
这种中微子味转移的现象,也就是中微子振荡。
“中微子的味态是中微子质量态的线性叠加,具体符合式子是Vα(x)=α=1,2,3∑UaaVa(x)……”
陈舟的大脑在飞速运转的同时,草稿纸上的公式,也开始多了起来。
在这个公式下方,陈舟又标注了三个条件。
1是中微子是确定能量和动量的平面波,2是中微子是相对论性粒子,3是中微子的传播方向沿着一个确定的轴方向。
这是因为,只有在前人所做的真空中的中微子振荡实验所作出的近似条件下,所推出的中微子振荡实验公式,再去谈及比较复杂的太阳中微子振荡实验,才是有意义的。
理论研究,在任何时候,也是从基础到复杂的。
结合这三个近似条件,陈舟手中的笔,快速的在草稿纸上移动。
“……最后,可以得到振荡几率的表达式:p(α→β;t)=∑|U*αa|²|Uβa|² 2Re[a≠b∑U*αaUβaUabU*βb·exp(-i(Δm²ab2p)t)]……”
“这里的α,β为中微子的味态,t为质量本征态的时间演化,i是x轴的单位向量,U*为混合矩阵,Δmab为中微子的质量差,p为中微子的存活几率……”
得到这个振荡几率的表达式后,陈舟停下了手中的笔,习惯性的点了点草稿纸。
脑海中飞速闪过两个条件。
是中微子振荡发生需要满足的两个条件。
1是中微子必须要有质量差。
2是混合矩阵必须存在非零的非对角元素,也就是中微子必须是混合的。
由此也可以确定最基本的一点,中微子具有质量!
只有确定了这一点,寻找重中微子的实验,也才有意义。
不再点击草稿纸,陈舟拿紧手中的笔,开始由二味中微子混合矩阵入手,结合振荡公式,从理论上推导需要定义振荡波长为多少,才能使得振荡的幅度毕竟明显。
随着时间的推移,陈舟也得到了想要的理论公式。
由此,也就可以确定,在中微子振荡实验中,要想精确的确定不同的中微子的质量差和混合角,实验设置要选择对应的,不同中微子振荡参数合适的距离,使得振荡项最大。
初步完成真空中中微子振荡的理论梳理之后,陈舟瞥了眼时间,已经是夜里1点多了。
想了想,陈舟并没有立即对下一个,太阳中微子的MSW效应中中微子振荡实验,开展理论研究。
他重新拿起先前放在一边的草稿纸,开始着手再次梳理一遍。
不知为何,陈舟总觉得自己似乎漏掉了什么东西。
只可惜,再次梳理了一遍的陈舟,也还是没有找到那感觉里遗漏的内容。
第二天,陈舟依照着自己的良好生活习惯。
起床晨跑。
随后,解决完早饭问题,便回到了自己的房间。
陈舟在昨天就已经跟贝尔托卢奇说过,他需要独立且安静的空间和时间。
所以,CERN的实验准备,他就先不参加了。
等到他完成自己的理论研究之后,或者说,他取得了理论研究的初步进展之后,再来跟研究人员一起,进行CERN今年的这最后一项重大实验。
贝尔托卢奇虽然有些不愿意,但最终还是同意了陈舟的请求。
本来嘛,贝尔托卢奇和米彻·约翰斯通就是打着陈舟回来参加实验,好让他见识到CERN的强大实力,从而打动陈舟,让这位史上最年轻的诺贝尔物理学奖得主加入的小心思。
可现在,人家完全有着自己的计划,压根不是那么好打动的。
不过,贝尔托卢奇和米彻·约翰斯通一商量,两人也改变了一开始的计划。
既然陈舟本人对本次寻找重中微子实验的研究,是十分上心的,那就尊重他自己的意愿,在实验安排上去配合他。
让陈舟在实验的具体内容上,认识CERN的强大实力,也是一种可行的办法。
说不定,有着这样一位出色的物理学家,做理论研究的后盾,他们也能有一些意外的收获呢?
回到房间的陈舟,很快便进入了状态。
虽然说昨晚只睡了4个小时多点,但陈舟却觉得自己的精神状态,还是十分饱满的。
怎么说呢,有些人可能真的适合搞科研工作。
当他一投入进去的时候,立马就变得不一样了。
别说犯困打盹了,就连一丢丢走神,那都是绝对没有的。
“在两代中微子条件下,当物质中产生一个电子味中微子Ve,有Ve=cosφV1 sinφV2……”
“在达到A≈Ar区域后,r为太阳中心到所在位置的距离,中微子变为一半Ve,一半Vμ……”
“这种状态类似于真空中45°混合情况,振荡得到极大增强!”
“当中微子传播传播到物质表面的时候,变为V2=cosφVμ sinφVe……”
“这种情况,对很多发生在共振区域的振荡过程成立,在物质中振荡加强称为MSW效应。”
开始梳理太阳中微子MSW效应的陈舟,整个人的思维也变得异常活跃。
实际上,MSW效应在太阳中微子振荡的过程中扮演很重要的角色。
从太阳的核心到太阳的表面,太阳的密度逐渐减小,在小于0.9个半径范围内,近似的看作其按指数形式减少。
随着对太阳中微子的MSW效应的研究,陈舟眼前的草稿纸,也逐渐变得厚了起来。
时间在流逝,但陈舟对中微子振荡的研究,却在逐渐深入。
一周的时间,很快过去。
陈舟书桌上的草稿纸,也堆了满满的两摞。
只不过,这些草稿纸并不全是中微子相关研究的内容。
还有数学上极小模型纲领的研究,以及化学和材料学上,对粒子探测器的研究。
虽然此时陈舟的研究重心,是放在CERN这次的寻找重中微子实验上的。
但是,已经确定的研究方向和研究课题,他自然不会长时间放着,就此搁置。
要知道,一天放下,可能没有什么。
但是,一旦时间超过一个界限,那放下的东西,可就不好捡起来了。
所以,为了保持自己研究的高效,也顺便调节一下中微子研究的氛围。
陈舟同时进行着极小模型纲领和粒子探测器材料的课题研究。
在陈舟爆肝研究的这一周时间,张一凡那边也顺利“入驻”了那所实验室。
唯一令张一凡感到尴尬的可能就是,那位希望借着陈舟之名,提升一下实验室名气的化学系博士。
在一开始把张一凡误认为陈舟后,就变成连面都不露一下了。
但好在,借着“独立”使用权的名义,张一凡顺利地带着自己的同学们,开始了粒子探测器的材料学实验。
当然,这位化学系博士虽然不露面了,但却没少安排人进行盯梢。
生怕这群毛都没长齐的“小孩”,把他实验室里的昂贵设备给弄坏了。
对于这件事,张一凡也跟陈舟说过。
陈舟的意思是,他来解决。
但张一凡却说,这种事没必要让陈舟再操心了,他之所以说一下,只是让陈舟心里有个数。
他们自己是可以解决这件事的,实在不行,就当做没看到好了。
再者说,陈舟本人是不会在实验室进行实验的,就算是说了又能起什么作用呢?
最本质的问题,是他们在这个实验室,进行相关的实验。
所以,这件事的解决,还在他们自己身上。
当听到张一凡这话时,陈舟的嘴角不自觉地露出了一丝笑意。
果然,这位老同桌,还是靠谱的!
当陈舟一周时间的理论研究一结束,米彻·约翰斯通的电话便打了进来。
不为别的,就是问问陈舟,明天是否会去CERN的对撞机实验室。
陈舟有些哭笑不得的看了看手机,他是没有想到的,有人竟然比他自己,把时间记得还清楚。
当然,陈舟也没有继续闭关研究的意思。
在看了一眼笔尖停留的地方后,他很爽快的回答了米彻·约翰斯通。
明天开始,正式进入CERN的对撞机实验室,开始着手参与这一次寻找重中微子的实验。
第二天,陈舟在晨跑结束后,快速的解决了早饭。
随即便和克罗斯一起,来到了对撞机实验室。
到实验室后,陈舟看了一眼强忍着的克罗斯,忍不住笑道:“想问什么,你就问吧。”
克罗斯闻言,快速问道:“怎么样?理论研究的结果?有没有解决中微子振荡的问题?能不能寻找到重中微子?”
虽然知道对方要问什么,但当对方真的问出这些问题时,陈舟还是没好气的说道:“你真当我是神啊?说解决就解决了?”
克罗斯不好意思地挠了挠头:“你上次解决胶球实验的问题,不就是说解决就解决了嘛……”
陈舟顿时无语,虽然很想反驳,但又觉得对方说的貌似一点问题都没有。
停顿了片刻,陈舟才悠悠说道:“离解决还有段距离,不过,初步的研究成果,还是有一些的,正好借着这次的实验来验证。”
听到陈舟的话,克罗斯顿时眼前一亮,他有些兴奋地说道:“就知道你不会空手而归的,接下来,就让他们这群人见识一下,什么叫做天才吧!”
陈舟无奈的说道:“空手而归可不是这么用的……”
克罗斯却毫不介意道:“反正你明白我的意思就行,这是我新学的成语,以后在华国能用到。”
陈舟摇了摇头,这家伙最近确实挺用心在学汉语的,就怕到时候去了华国,因为沟通耽误了实验进度。
对于这一点,陈舟还是得给克罗斯点个赞的。
顿了顿,陈舟随口又补充了一句:“那个不叫让他们见识一下,什么叫做天才,应该说,是时候表演真正的技术了。”
克罗斯闻言,微微一愣,他扭头看了陈舟一眼,总觉得这话好像在哪听过,却又想不起来了。
现在世界各国大多数高能物理实验合作组,都采用长基线实验方法来测量,并计算中微子振荡,同时寻找相应的中微子粒子。
长基线中微子的振荡实验,首先由高能质子加速器产生强流μ中微子束,并在出口处安装一个近点探测器。
其后在距离中微子流出口L处,安装一个大型远点探测器。
两个探测器的结构,以及探测方法均相同。
以近点探测器测量的中微子相互作用作为标准,然后与在远点探测器测量到的中微子相互作用作比较,就可以判定是否存在中微子振荡,并可知道中微子振荡的模式。
但由于中微子质量很小,其振荡概率很低,所以L要远达上千公里才有一定的灵敏度。
例如日国的K2K与超神冈探测装置的距离在250公里,米国的费米国家加速器实验室和MINOS实验探测装置的距离在730公里。
也因此,这种实验方法才被成为长基线中微子振荡实验。
也因为灵敏度的问题,以及远距离实验的各种因素,才会出现那些“美丽的错误”。
而这一次的寻找重中微子的中微子振荡实验,位于日内瓦的CERN,通过位于意大利地下的探测装置ICARUS和OPERA,来进行实验。
两者之间的距离,大概在730公里左右。
和日国、米国的实验室一样,CERN这边所做的长基线中微子振荡实验,因远点探测器和近点探测器距离,只有几百公里。
要短于理论要求的上千公里,所以实验的精度以及灵敏度,都比较低。
但这是客观的实验条件,暂时无法改变的。
有趣的是,当陈舟跟米彻·约翰斯通问到这件事时。
米彻·约翰斯通立马就表示,他们打算与另一实验室合作,建一所新的远点探测器,从而达到理论要求。
听到这话的陈舟,表情略显古怪的看了米彻·约翰斯通一眼。
反正建不建,跟他的关系又不大,用得着这么急着解释吗?
没有在这个问题上细究,也没有打算详细听一听米彻·约翰斯通已经准备好的说词。
陈舟随即便开始回到实验本身,开始跟米彻·约翰斯通讨论起实验的事情。
他在理论研究上的初步成果,必须要有CERN的这边的配合才行。
要不然,这终归只是白纸上的文字。
只不过,陈舟没想到的是。
在听完了他的描述,并翻阅了研究论文之后。
米彻·约翰斯通两眼放光的说道:“你等着,我马上就去找贝尔托卢奇博士!”
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