中微子真的是超光速么？ - 材料综合 - 科研生活 - 第3页小木虫论坛-学术科研互动平台

21楼2012-01-10 09:18:32

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qingyizeng

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wbcui(金币+3): 时间计算是个问题，持续关注中 2012-01-10 20:50:21

这个我只是想知道，中微子发生的时间和接受的时间是如何计算，两地之间如何达到此种等时？ ---------外行，莫笑

。不过这么精密的实验，相信肯定能做到！可是俺就是想知道！

22楼2012-01-10 09:36:50

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cengjing001

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wbcui(金币+10): 多谢介绍，置顶了 2012-01-10 20:51:10
wbcui: 回帖置顶 2012-01-10 20:51:12

引用回帖:

22楼: Originally posted by qingyizeng at 2012-01-10 09:36:50:
这个我只是想知道，中微子发生的时间和接受的时间是如何计算，两地之间如何达到此种等时？ ---------外行，莫笑

。不过这么精密的实验，相信肯定能做到！可是俺就是想知道！

科学松鼠会上有。
精确测量速度，需要精确测量路程和时间，即使发现中微子超光速的复杂实验也不例外。

A地：起点，位于欧洲核子中心(CERN)的中微子束源CNGS
B地: 终点，731公里外的意大利的Gran Sasso实验室(LNGS)的中微子探测器OPERA

在介绍时间和路程的测量之前，先简单说明一下中微子在A地的产生过程。如下图。从质子源发出的高能质子与石墨发生碰撞，产生介子。介子在10-8秒的时间尺度上衰变为µ子和对应的µ中微子。还有些其他的衰变过程没列在图上，比如1%的电子中微子。中微子几乎不和物质相互作用，所以用阻挡器把强子截留，只容µ子和中微子通过。µ子在后续的µ子探测器被过滤。实验用的中微子平均能量在17GeV，是为了研究µ中微子转化为τ中微子的中微子振荡问题。

为了测量时间，需要对两地的钟做精密的对准：当A地的信号发出后，B地需要知道这个信号发出的时刻（叫它时间零点），并且同时开始计时。这很不容易做到。实验用到高精密的GPS和铯原子钟，并且每一部分电路的响应以及延迟都被严格的考虑进去，使得AB两地零时刻的对准度仅为2纳秒。

实验并不是测量单个质子或单个中微子的信号，而是测量一个脉冲里的信号强度随着时间的关系，即时间结构（其傅立叶变换即能谱），一个脉冲里大约有10的20次幂个粒子。上图中的BCT探测器就起了测量时间结构，校准时间的作用，如下图。由于AB两地的零时刻已经对准，所以只要知道0时刻在A地出发的脉冲，在什么时刻到达B地即可。

在同样的距离远处，粒子如果以真空光速运动，则可以算出到达的时间，见上图中的棕色方波信号。实验的意义就在于，中微子到达时间比光还要早，也就是中微子超过了光速。

实验并没有和光速比较，也就是并未真实测量光速，只是假设了“如果粒子以光速传播”的到达时间，所以两地距离的测量也就格外重要。在一个和光速比较的情形里，实验可以不管两地距离，直接比较光束和粒子束谁用的时间较短。
为了使得距离测量精确，实验室各个设备间距的总误差在毫米量级；实验使用全球测地参考坐标系统ETRF，精确考虑了地球的3维结构和曲率，并把它与GPS信号做比较，获得了2cm的空间距离精确度。由于OPERA探测器在地下，做基准时与GPS产生一定误差，使得最终的距离不确定度约为20cm。在这样的设计下，地壳的运动，潮汐的效应等也被排除。在2009年发生的一场地震，使得两地距离发生了7cm的变化，但是这对于测量精确度影响甚微。最终测量的距离，从A地的BCT探测器起，到B地的OPERA中微子探测器止，是731278.0±0.2m。

为了保证实验的精确度，除了减小时间和距离测量的系统误差，还需增加有统计上的置信度，减小统计误差。为此，实验积累了从2009年到2011年三年的数据，选取了16111个数据点。其中有7586个内秉数据，8525个外在数据。内秉数据由探测器的电路直接读到，可以研究中微子振荡，外在数据需要同时有µ子的探测来佐证判断数据的可靠性。

就这样，精确测量对准两地时间，测量两地距离，减小统计误差，实验得出了中微子速度v与光速c的关系：(v-c)/c=2.48×10-5,即中微子速度比光速快了每秒钟7.4公里。

备注：我不是粒子物理专家，仅仅通过阅读实验原文做简要介绍，所以有很多不严谨之处。有些我为了突出重点故意省略，但是有更多的细节的意义我没有提到，也不理解。

23楼2012-01-10 12:22:53

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btx362237729

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物理学发展得真快啊

人生最黑暗的时光终于过去了

24楼2012-01-10 13:15:38

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Cherimoya

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wbcui(金币+5): 提得问题挺专业啊！ 2012-01-10 20:51:49

这个，可能有物质的质量为0么~
话说不是静止是相对的啊~其实也是在运动~这个也不受引力的影响么~
其实我物理不好的说
不过我觉得这种微小的物质，如果脱离它的大分子的束缚，都会受到引力或是磁场的作用运动的吧~~

25楼2012-01-10 13:16:47

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qingyizeng

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23楼: Originally posted by cengjing001 at 2012-01-10 12:22:53:
科学松鼠会上有。
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A地：起点，位于欧洲核子中心(CERN)的中微子束源CNGS
B地: 终点，731公里外的意大利的Gran Sasso实验 ...

谢谢！确实很复杂！好久没学了，也没精力去仔细理解。

26楼2012-01-10 16:57:43

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cengjing001

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wbcui(金币+10): 这个，其实还挺复杂的，呵呵 2012-01-11 20:12:48

引用回帖:

http://songshuhui.net/forum/viewthread.php?tid=538780

27楼2012-01-11 11:08:57

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csman

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坐等新的理论

28楼2012-01-11 13:07:33

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linxi_mengg

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好玄乎哦O(∩_∩)O~

29楼2012-01-11 14:35:14

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攀晨兮

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雾水