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2018 年第

2 期 基础研究 费米实验室精确测量出特定能量中微子 作者:刘霞 文章来源:科技日报 发布时间:2018-4-10 中微子是研究原子核内部情况的极好工具, 但中微子很难产生和探测, 且很难 确定中微子撞击原子时的能量.现在,美国费米实验室 MiniBooNE 研究团队报告称, 他们日前首次识别出能量为 2.36 亿电子伏特的缪子中微子, 有助进一步促进中微子 振荡和相互作用的相关研究. 中国科学院高能所研究员曹俊对科技日报记者解释,为揭示原子核的 真面 目 ,物理学家会朝原子发射粒子并测量它们如何碰撞以及散射.如果粒子的能量 足够大,其可将原子核击碎并揭示将原子核 绑 在一起的亚原子力的信息.但为 了获得最精确的测量结果,科学家需要知道粒子的确切能量.由于中微子不带电荷, 因此,在用中微子进行上述实验时,很难确定中微子的确切能量. 最新实验中的中微子源于距离 MiniBooNE 探测器约

86 米的静止 K 介子(产生 于NuMI 束线粒子吸收器中的铝材料)的衰变.高能 K 介子会衰变成具有一定能量范 围的缪子中微子,但静止的 K 介子衰变会释放单一能量的中微子.他们设法识别出 源于静止 K 介子衰变的缪子中微子,然后借助能量和动量守恒定理,推断出这些缪 子中微子的能量. MiniBooNE 联合发言人、 洛斯阿拉莫斯国家实验室的理查德・ 范德沃特说: 此 次实验对未来短和长基线中微子振荡研究来说非常重要. 曹俊表示: 未来有可能采用这种中微子源研究中微子振荡,或者研究原子核 结构,比如说奇异夸克对核子自旋的贡献等. 此外,位于 MiniBooNE 附近的 MicroBooNE 探测器也接收到了来自

102 米外的 NuMI 吸收器的单能缪子中微子,研究人员正在对此进行研究.由于 MicroBooNE 使 用液氩技术记录中微子的相互作用,因此有望提供更多信息. 总编辑圈点 中微子是基本粒子里最神秘的一员,因为它几乎不与别的粒子反应,难以捕 捉.而微观世界迄今未解开的谜题,大多都与中微子相关.所以,每当我们又设计 出了 称量 中微子的新方法,都是向基础物理的前沿迈出一步.等江门中微子实 验装置建成,中国将在中微子质量研究领域占据重要地位.

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2018 年第

2 期 微波激射器首次实现室温下连续工作 作者:张梦然 文章来源:科技日报 发布时间:2018-3-22 英国科学家团队对一种微波激射器做了改进, 成为全球首个可在室温下连续工 作的微波激射器.未来,这一新型装置有望用于磁共振成像、精密测量、太空通信 及安全通信领域. 激微波是受激放大微波辐射的意思,被认为是激光的 孪生兄弟 ,但产生条 件更为苛刻.而微波激射器,正是利用辐射场的受激发射原理制成的微波放大装置, 其基本物理原理是爱因斯坦在

1917 年提出的 受激发射 的概念,该装置能够产生 噪声极低的单色相干的微波辐射,此前,应用最广的微波激射器是氢原子激射器. 而此次,帝国理工学院研究人员乔纳森・布里森及其同事,展示了一个连续波 室温微波激射器,其中用到一颗有氮空位中心的金刚石.目前,微波激射器已经被 用于深空通信和射电天文学,而这一新型微波激射器未来将在医学、安保和量子技 术方面展现广阔的应用前景. 上世纪

60 年代,固态微波激射器首次开发出来,但其一般要求低温制冷和高 真空系统,所以应用相对受限.后来,科学家利用有机分子晶体研发出了室温微波 激射器,但是它们的热性能和力学性能相对较差,且只能在脉冲模式下工作,无法 连续工作.鉴于此,科学家们才提出,要实现连续发射则需要有替代材料.为此有 人提出采用无机材料, 如金刚石和碳化硅,它们的热性能和力学性能优于有机材料. 总编辑圈点 激射器的价值所在,不只是像激光一样产生强力光束,而是以一种干净、不 增加多余噪音的方式进行放大的过程.亦因此,微波激射器可被用来检测微弱的信 号,也能穿透很多激光不能穿透的材料,这是它在医疗、太空及远距离航行中得以 应用的关键.