1、烟台大学毕业论文设计 分类号编号 烟台大学 毕 业 论 文（设 计） 中微子天体应用前景研究 The application prospect of neutrino object research 申请学位： 工学学士 院系： 光电信息技术科学学院 专业： 应用物理 姓名： 宋娜 学号： 201257501135 指导老师： 李营（副教授） 2016 年 5 月 25 日 烟台大学 烟台大学毕业论文（设计） 烟台大学 毕业论文（设计） 中微子天体的应用前景研究 The application prospect of neutrino object research 申请学位：理学学士 院 系
2、：光电信息技术科学学院 专 业：应用物理 姓 名：宋娜 学 号： 201257501135 指导老师：李营（副教授） 2016年 5 月 6 日 烟台大学 烟台大学毕业论文（设计） 中微子天体应用前景研究 姓名： 宋娜 导师： 李营 2016 年 5 月 25 日 烟台大学 烟台大学毕业论文（设计） 烟台大学毕业论文（设计）任务书 院（系）：光电信息科学技术学院 姓名 宋娜 学号 201257501135 毕业届别 2016 专业 应用物理 毕业论文（设计）题目 中微子天体应用前景研究 指导教师 李 营 学历 博士 职称 副教授 所学专业 理论物理 主要内容 :本论文主要讨论中微子天体物理的应
3、用前景等相关内容，论文简单介绍了中微子的发现、特点 和 分类， 以及中微子振荡的相关内容， 主要讲述其天体应用。 基本要求 : 第一， 着重培养 学生动手实践、解决问题及独立分析的能力；第二，专业相关的外文的阅读和翻译能力；第三，使用网上资源寻找答案并解决问题的的能力；第四，团队合作解决问题的能力；第五，撰写论文的能力以及答辩时的口头表达能力。 主要参考资料 : 中微子质量及中微子振荡实验何景堂 进度安排 ： 1-6 周： 查找、阅读、翻译文献。 6-7 周：动手设计硬件并调试 7-8 周： 撰写论文大纲。 8-10 周：撰写论文。 10-11 周：论文修改完善。 11-13 周：定稿，打印论
4、文，准备答辩。 指导教师（签字）： 年月日 院（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年月日 备注： 烟台大学毕业论文（设计） 烟台大学毕业论文（设计） 1 【 摘要 】 中微子是一种 在自然界中广泛存在 的 质量 非常小 的电中性粒子 ， 以接近光的速度运动，具有极其特殊的性质。 2012 年，中国大亚湾实验研究所宣布发现 了第三种中微子振荡，至此 中微子振荡 全部得以 证实，证明 了 中微子具有质量，从而可以解释 衰变之谜和太阳中微子短缺问题。 中微子是当前例粒子物理、天体物理 学 以及 宇宙学的交叉前沿学科，且 本身有大量谜团未解开 。 作为宇宙的重要组成部分 ， 它 是唯 一一 种曾
5、在实验室里发现的暗物质粒子 ， 因此， 对恒星发射的中微子进行探测，可以获得有关恒星内部的信息 ，进而探索宇宙未知空间。 本论文主要讨论中微子天体物理的应用前景等相关内容，论文简单介绍了中微子的发现、 性质和 中微子振荡的相关内容， 以及中微子在天体方面的应用，对中微子未来发展前景 作出展望。 【 关键词 】中微子 、 中微子震荡、 天体物理；应用前景 烟台大学毕业论文（设计） 2 【 Abstract】 Neutrinos are widely exists in the nature of the very small quality electrically neutral partic
6、les, at nearly the speed of light sport, have special properties.Announced in 2012, the Chinese institute of Da YaWanbay, discovered a third type of neutrino oscillation, thus neutrino oscillation all confirmed, proved that the neutrino has quality, which can explain the mystery of beta decay and sh
7、ortage of solar neutrinos.Neutrinos are the current cases of particle physics, astrophysics and cosmology cross frontier subjects, and itself has a lot of mystery unsolved.As an important part of the universe, it is the only kind of dark matter particles found in the lab, as a result, the launch of
8、the neutrino detection of stars, can obtain information about stars inside, and then to explore the universe to unknown space.This thesis mainly discuss the application prospect of neutrino astrophysics related content, the paper simply introduces the discovery of neutrinos, nature and the related c
9、ontent of neutrino oscillation, and neutrinos 【 Key word】 Neutrinos、 Neutrino oscillation、 astrophysics、 application prospect 烟台大学毕业论文（设计） 3 目录 第一章 绪论 . 4 第二章中微子概述 . 5 2.1 中微子的发现 . 5 2.2 中微子的性质 . 7 2.3 中微子的分类 . 8 2.3.1 电子中微子 . 8 2.3.2 子中微子 . 8 2.3.3 子中微子 . 8 2.4 中微子的质量 . 9 第三章中微子振荡 .11 3.1 什么是中微子振荡
10、.11 3.2 中微子振荡的研究历程 .11 3.3 研究理论 .15 第四章 中微子 天体的应用 .16 4.1 中微子天文学 .16 4.2 中微子实验 .16 第五章中微子研究的困难及展望 .18 致谢 .20 参考文献 .21 烟台大学毕业论文（设计） 4 第一章 绪论 自 1929 年提出以来 ,泡利不相容问题是否中微子是巨大的一直是一个有趣的问题。标准模型 (SM)包含只在左撇子对比无质量的中微子。但是没有基本原则与规范不变性使光子质量 ,禁止大量的中微子。大多数扩展 SM预测 中微子质量 小但非零。中微子质量 非零 不仅会构成一个的 超出标准模型 物理信号 ,它也将有助于探索底层
11、评估对称管理的交互。此外 ,由于中微子在恒星演化中发挥的重要作用 ,超新星动力学、核合成和结构形成早期宇宙中巨大的中微子的影响可能非常重要的天体物理学和宇宙学。 自中微子被发现以来，各国科学家都在致力于它的研究 。 2015 年，中微子振荡问鼎诺贝尔物理 学 奖，再次将中微子推向了热议的高潮，中微子渐渐被大家熟知。 那么， 什么是中微子？ 研究中微子的意义在哪呢？就中微子本身而言，作为组成自然界最基本的粒子之一，研究它的意义， 宏观世界来说，是研究宇宙的起源 与演化 问题， 中微子的研究成果对揭示宇宙起源和对物理学未来发展方向具有重大意义。 微观来说，是对物质结构组成的研究。 且 中微子 堪称
12、诺贝尔奖富矿 ，目前为止，已获得 六 次诺贝尔物理奖。但关于中微子，依旧有许多谜团未解开，比如，中微子的质量还无法具体测量，中微子振荡还有未测到的参数 等等。 本文 将围绕中微子展开一系列的探究，从中微子的基本性质着手，对其特性、分类及应用等进行分析了解，揭开中微子的神秘面纱。 烟台大学毕业论文（设计） 5 第二章 中微子概述 2.1 中微子的发现 中微子是一种 极其神秘的 基本粒子， 它是 20世纪 30年代泡利 为了解决当时原子核物理研究 中的一个疑难 衰变的连续电子能谱而“发明”的 。 当时，对阿尔法、伽马、贝塔三种射线的研究成果表示 ：在量子的理论中，能量的吸收和发射不是连续的，原子的
13、光谱和伽马射线、阿尔法射线的释放都是不连续的，这些情形是符合原子 的能量守恒定律 ，阿尔法射线和伽马射线的能谱是分立的，射线 的能谱是连续的 ， 要想遵循能量守恒定律，必须将 电子能量的最大值 和 原子核的末态能量 相加，但是 这一 实际情况违背了与原子核处于分离的量子状态的 事实， 也就是 我们 之后所知道的衰变之迷 。 有两种可以 选择的实验事实与理论可以用来解释 衰变之谜：一种选择是认 可 衰变是二体衰变，并且假 设 衰变过程 打乱 了 动量和能量的守恒定律，即不承认在衰变过程中的能量和动量的守恒定律；另一种选择是假设 衰变并不是二体衰变，承认能量和动量守恒定律是正确的，并且在 衰变的末
14、态中还出现了一种我们 无法 在实验中 检 测到的第三个粒子。当年，玻尔 对第一种观点深信不疑 ，提出了一种 可以 解释 衰变 的理论 ，但是 由于它 与 自然界最普遍的客观事物的规律即所谓的能量转化和守恒定律 相违背 ，所以在当时人们 对 他的观点 难以 认同 。 然而，在泡利 坚持 不懈的 刻苦研 究 下， 一个全新的理论诞生 ： 衰变并不是 所谓的 二体衰变， 而 是三体衰变，并且在一次衰变中动量和能量都将遵循守恒定律，在衰变过程中除了放出电子外， 还放出一种不带电、质量基本为零的粒子 。 1这种电中性的粒子不同于光子 ， 它在被放射出去的时候会带走部分能量从而导致能量出现亏损 ，这种新粒
15、子也就是中微子。 第二 年泡利又做出 深入 地 论证指出，中微子 产生于衰变过程 。 1934 年费米创建的 衰变理论指出：在 衰变过程中，通过粒子间的弱相互作用，中子转化为一个质子、一个电子和一个电子反中微子。在原子核内 粒子和中微子 不 单独 存在，而是 由 核子通过作用 在各能级态 发生 跃迁 时产生 ，这就是 所谓 的中微子思想。其反应方程为： （ 1.1） 衰变理论 确立 了中微子存在的理论基础， 从此中微子的大门向世界敞开 ， 科学家们由此着手大量实验研究，目的是为了验证中微子存在的假说 ，令人 欣慰 的是，探测实验 结果表明 中微子的存在假说是正确的。 尽管如此， 衰变过程中衰变末态的 有 3 种不同的粒子产生 ，所以实际得到的原子核的反冲能量 相比单值更为复杂 ，因此在实际的操作研究中科学家发现会比较难以操作。 20 世纪 40 年代初， 我国的著名物理学家王淦昌先生 提出 了一种 更易于操作 的探测中微子存在的方法 -K 电子俘获法， K 电子俘获法 使 中微子的探测
