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随着科学技术水平的不断发展,人类对微观世界的认识也在不断更新发展。而大学教材关于这方面的知識点,却没有得到更新,还保留在几十年前的水平。本文就如何改进这方面的知识和教学谈一点粗浅的看法。
一、中微子简介
1. 中微子的发现
1930年,奥地利物理学家泡利提出了一个假说,认为在β衰变过程中,除了电子之外,同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去,带走了另一部分能量,因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱,以至于用仪器也很难探测得到。未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值,能量守恒仍然成立,只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已。
1932年,意大利物理学家费米将该粒子命名为“中微子”。
1956年,柯温(C.L.Cowan)和弗雷德里克·萊因斯利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子,观测到了中微子诱发的反应:ve+p→n+e+。
这是第一次从实验上得到中微子存在的证据。
1962年,美国布鲁克海文国家实验室的物理学家利昂·M.萊德曼等人发现了中微子有“味”的属性,证实了μ子中微子和电子中微子是不同的中微子。他们也因此获得了1988年的诺贝尔物理学奖。2000年7月21日,美国费米国家实验室宣布发现了τ子中微子存在的证据。
2. 探索中微子的质量
当人类发现中微子后,科学家也开始研究中微子的质量。由于当时科学技术水平和实验条件的限制,科学家们认为中微子的质量为零。1968年,美国物理学家雷蒙德·戴维斯等人在美国南达科他州的Homes- take地下金矿中建造了一个大型中微子探测器,通过探测发现,来自太阳的中微子比理论预言减少了1/3,这就是太阳中微子问题。
针对太阳中微子的缺失问题,人们首先想到的是修改标准太阳模型。如果测量到的中微子流量是准确的,那么,要求太阳核心的温度比标准太阳模型中的温度低,而日震观测发现实际温度与标准太阳模型符合得很好。此外,无论怎样调整太阳标准模型都无法符合观测得到的中微子能谱,对模型进行任何调整都会令矛盾增多。
另一种解释是中微子振荡,即中微子在传播到地球途中发生了转换。中微子有三种,分别是电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。粒子物理学的标准模型预言,中微子是没有静止质量的粒子。如果三种中微子之间可以相互转换,那么意味着中微子是有质量的,这是因为如果中微子会发生振荡,只要振荡几率不为零,那么,中微子的质量之差也不为零,从而能够证明中微子是有质量的,这将对粒子物理学的许多基本观念提出挑战。
1998年6月5日,日本超级神冈探测器的科学家们宣布找到了中微子振荡的证据,即中微子在不同“味”之间发生了转换(电子中微子和μ子中微子间变换),这现象只在中微子的静止质量不为零时才会发生。然而,这个实验只能测出不同“味”的中微子质量之差,尚不能测得其绝对质量。但是可以肯定的是,中微子确实是有质量的。
二、大学物理教材关于微观粒子方面的不足与改进
1. 大学物理教材的不足
综上所说,尽管中微子的绝对质量问题到目前为止还没有让大家普遍接受的理论,但是中微子确实有质量。可令人遗憾的是,大部分的大学物理教材在这方面的内容却没有得到更新,仍旧认为中微子是无质量的。这样就会导致不少大学教师在向学生介绍这方面知识的时候,会产生误导现象。这也说明了我们的教材与当代科技水平的发展还不能达到同步,缺乏对当代世界最先进的理论的引入和介绍。因此,如何让我们的大学物理教材及时与世界科技的前沿问题接轨成为迫切紧要的问题。
2. 大学物理教材的改进方向
现在世界已经进入互联网的时代,互联网的迅猛发展使得我们能够及时了解科技发展的最新动态,这对大学教材内容的及时更新提供了非常有利的条件。我们可以通过互联网更多地了解与自己领域相关的新技术的发展动态,并把这种新发展及时在教材中做出更新。同时,教师还应该多关注国外的一些优秀教材,学习如何将最新的科学技术有机研究融合在大学教材中。要学会“拿来主义”,将国外先进的教材内容与中国国情相结合,转变成适合中国大学生使用的反映科学发展前沿成果的优秀教材。(作者单位:中国人民解放军军事交通学院基础部)
□责任编辑:周瑜芽
一、中微子简介
1. 中微子的发现
1930年,奥地利物理学家泡利提出了一个假说,认为在β衰变过程中,除了电子之外,同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去,带走了另一部分能量,因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱,以至于用仪器也很难探测得到。未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值,能量守恒仍然成立,只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已。
1932年,意大利物理学家费米将该粒子命名为“中微子”。
1956年,柯温(C.L.Cowan)和弗雷德里克·萊因斯利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子,观测到了中微子诱发的反应:ve+p→n+e+。
这是第一次从实验上得到中微子存在的证据。
1962年,美国布鲁克海文国家实验室的物理学家利昂·M.萊德曼等人发现了中微子有“味”的属性,证实了μ子中微子和电子中微子是不同的中微子。他们也因此获得了1988年的诺贝尔物理学奖。2000年7月21日,美国费米国家实验室宣布发现了τ子中微子存在的证据。
2. 探索中微子的质量
当人类发现中微子后,科学家也开始研究中微子的质量。由于当时科学技术水平和实验条件的限制,科学家们认为中微子的质量为零。1968年,美国物理学家雷蒙德·戴维斯等人在美国南达科他州的Homes- take地下金矿中建造了一个大型中微子探测器,通过探测发现,来自太阳的中微子比理论预言减少了1/3,这就是太阳中微子问题。
针对太阳中微子的缺失问题,人们首先想到的是修改标准太阳模型。如果测量到的中微子流量是准确的,那么,要求太阳核心的温度比标准太阳模型中的温度低,而日震观测发现实际温度与标准太阳模型符合得很好。此外,无论怎样调整太阳标准模型都无法符合观测得到的中微子能谱,对模型进行任何调整都会令矛盾增多。
另一种解释是中微子振荡,即中微子在传播到地球途中发生了转换。中微子有三种,分别是电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。粒子物理学的标准模型预言,中微子是没有静止质量的粒子。如果三种中微子之间可以相互转换,那么意味着中微子是有质量的,这是因为如果中微子会发生振荡,只要振荡几率不为零,那么,中微子的质量之差也不为零,从而能够证明中微子是有质量的,这将对粒子物理学的许多基本观念提出挑战。
1998年6月5日,日本超级神冈探测器的科学家们宣布找到了中微子振荡的证据,即中微子在不同“味”之间发生了转换(电子中微子和μ子中微子间变换),这现象只在中微子的静止质量不为零时才会发生。然而,这个实验只能测出不同“味”的中微子质量之差,尚不能测得其绝对质量。但是可以肯定的是,中微子确实是有质量的。
二、大学物理教材关于微观粒子方面的不足与改进
1. 大学物理教材的不足
综上所说,尽管中微子的绝对质量问题到目前为止还没有让大家普遍接受的理论,但是中微子确实有质量。可令人遗憾的是,大部分的大学物理教材在这方面的内容却没有得到更新,仍旧认为中微子是无质量的。这样就会导致不少大学教师在向学生介绍这方面知识的时候,会产生误导现象。这也说明了我们的教材与当代科技水平的发展还不能达到同步,缺乏对当代世界最先进的理论的引入和介绍。因此,如何让我们的大学物理教材及时与世界科技的前沿问题接轨成为迫切紧要的问题。
2. 大学物理教材的改进方向
现在世界已经进入互联网的时代,互联网的迅猛发展使得我们能够及时了解科技发展的最新动态,这对大学教材内容的及时更新提供了非常有利的条件。我们可以通过互联网更多地了解与自己领域相关的新技术的发展动态,并把这种新发展及时在教材中做出更新。同时,教师还应该多关注国外的一些优秀教材,学习如何将最新的科学技术有机研究融合在大学教材中。要学会“拿来主义”,将国外先进的教材内容与中国国情相结合,转变成适合中国大学生使用的反映科学发展前沿成果的优秀教材。(作者单位:中国人民解放军军事交通学院基础部)
□责任编辑:周瑜芽