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科学100秒:中微子为什么会变“味儿”?

 昵称535749 2013-11-05
译者: SCWalter 原作者:Kenneth Long

发表时间:2013-11-04

在不到100秒的时间里,肯尼斯·朗用量子力学的语言描述了中微子,解释了它们是如何在不同类型之间振荡的。

译者按:我不得不提醒大家,你可能会觉得这个老爷子和我都没有在说人话。不过如果你愿意挤出个100多秒,不妨点开视频一试究竟吧!记住这里说的(物质)波是指粒子在空间中某处出现的概率,而你在某个位置检测/看到的粒子种类(即它所具有的性质)与这种所谓的“出现概率”有关:如果概率是100%你就肯定能检测到;如果概率是0%你就肯定检测不到;如果概率介于其间,你得到的自然就是抽奖结果啦!不多废话了,祝你好运!

听写稿:

OK, to explain that, let's start with the electron. For having an electron moving through space with a particular momentum, I can deter... describe that with a matter wave, now showing here. The wavelength of that wave depends on the electron's mass. The chance I found it somewhere along its trajectory is proportional to the intensity of the wave. And as you see, that's flat. So it's equally probable to find it anywhere along its trajectory. So now let's think about neutrino. One way of making a neutrino is through nuclear β decay. So a neutron decays, makes an anti-electron neutrino. Neutrino is neutral. So I can trying write that as a sum of two neutral states: anti-neutrinos 1 and anti-neutrinos 2, each of which have a specific mass; so m1 and m2. So the matter wave corresponding to m1 is shown in green. So that's... because it's got certain mass, it has certain wavelength. And this is m2, which has a different wavelength because it's got a different mass. So I'm an electron anti-neutrino when this two things are in phase. So right at the beginning, I'm an electron anti-neutrino, and right at the end. In the middle where the phase is not the same, I'm only partly in an electron anti-neutrino state. So now I can plot the intensity of the electron anti-neutrino part of this, en, neutrino propagating through space. It's 100% electron anti-neutrino at the beginning, and then it's disappearing until all the electron anti-neutrinos disappeared, and they reappear again until I'm 100% electron anti-neutrino over distance over kilometer or so.

翻译稿:

好了,要想解释这个问题,我们首先从电子讲起。对于一个以某一特定动量在空间运动的电子,我们可以用物质波来描述它的运动,像这里画的这样。这种物质波的波长取决于电子的质量。我在其运动轨迹上的某处检测到它的概率与波的强度成正比。(译者:根据玻恩对薛定谔方程概率密度函数的诠释,是与振幅的平方成正比。)正如你所见,那是一条直线。所以说,在电子运动轨迹的任何地方检测到电子的概率相等。那么现在,我们来考虑中微子。制造中微子的方法之一是通过原子核的β衰变。也就是一个中子衰变,产生一个反电子中微子。中微子是中性的。所以我可以试着把它写成两种中性状态的和:反中微子状态1和反中微子状态2。(译者:不必在意这里的因果关系,总之根据标准中微子理论,对一个中微子状态——即检测到中微子时它所处状态的概率——的量子力学描述是三个拥有不同质量的状态的叠加——三种质量本征态,这里说的两种是简化版。)每种中微子状态都有一个特定的质量;也就是m1和m2。对应m1的物质波用绿色表示。就是这样……由于它有一定的质量,所以它有特定的波长。这是m2,由于它有一个不同的质量,所以有一种不同的波长。当两种状态同相时,我就是一个电子中微子。也就是在一开始的时候,我是一个电子中微子,而在最后结束时也是。在中间两者相位不同的地方,我只是部分处于一种反电子中微子的状态。所以现在,我就可以画出当中微子在空间传播的时候,反电子中微子这种“味道”的强度图。在开始的时候是100%的反电子中微子,然后,这种“味道”(出现的概率)开始消失,直到所有反电子中微子这种“味道”(出现的概率)消失,然后反电子中微子重新出现的概率变大,直到成为100%。(译者:所谓出现的概率消失就是指,在这个地方检测到的中微子不可能是反电子中微子这种“味道”,只可能根据其他“味道”强度图所指示的概率,检测出中微子是其他“味道”。换言之,就是在这一个中微子运动轨迹上的不同地方,检测到了不同“味道”的中微子——即中微子变“味儿”了。)这一概率变化过程的距离会跨越上千公里。

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