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发信人: leader (kikizh), 信区: Physics 标题: 中微子探测地球内部结构发信站: BBS 珞珈山水站 (Wed Dec 5 12:27:52 2007) 作者：Jon Cartwright 文, 葛韶锋译提交人：gesf （2007年12月04日周二）类型：news article （Chinese）引用网址：http://www.qiji.cn/eprint/abs/3593.html 注释：译自Physicsworld, Neutrinos could probe Earth’s structure: Nov 30, 2007 (译文 1407字) 相关网址：http://physicsworld.com/cws/article/news/32035 摘要/内容：如果不在地上钻出一个6000米深的洞，要想了解地球内部的结构，除了监测地震波外科学家们现在没有什么其它的好办法。但是地震波监测这种手段依赖于地震波在传播过程中如何受到岩层影响的理论模型，因此并不能直接探测地球的结构，得到的结果也就可能不可靠。最近由西班牙、日本和美国的科学家们提出一种直接探测的方法：监测大气中微子（ Atmospheric Neutrino）穿过地球时被吸收程度的大小来探测地球的结构。当中微子通过冰层和原子核相互作用产生μ子，并发出契伦可夫辐射的时候就会被IceCub e中微子望远镜探测到。(Credit: Ceren Hires/NSF) 这并不是人们第一次提出用大气中微子——这种中微子由宇宙射线和大气层顶部的原子核碰撞产生——来探测地球结构。虽然这些几乎无质量的中性粒子在低能状态下可以几乎不受任何影响地穿过地球，但当它们的能量达到10TeV（1013电子伏特）的时候，它们在穿过地球中心的时候偶尔有可能和物质发生相互作用。由于中微子和物质发生相互作用并被吸收的概率正比于物质的密度，密度越大概率越高，因此中微子在通过靠近地球表层部位时的吸收率小于中微子通过地球中心时的吸收率。通过比较中微子通过不同位置时损失的数量就有可能确定地核与地幔或者其它地层结构之间的分界位置。科学家们曾经普遍地放弃了用大气中微子来探测地层结构这一设想，因为大部分大气中微子的能量都比较低。虽然他们也曾考虑过利用超新星爆发以及其它天文中微子源产生的高能宇宙射线中微子（High-Energy Cosmic Neutrino），但是位于南极的AMANDA中微子望远镜（Neutrino Telescope）的观测结果显示这类中微子源太稀少了。目前来自西班牙巴萨罗那大学（University of Barcelona）的Concepcion Gonzalez-Gar cia及其同事则认为放弃大气中微子方案过于轻率了。他们的计算结果显示，虽然大气中微子中能量高于10TeV的中微子含量很低，但是它们的数量对于探测地层结果已经足够了（预印本：arXiv:0711.0745）。Gonzalez-Garcia对物理世界的记者说：“在这个实验中最好使用一个局域化的中微子流，但是问题在于自然界中不存在密度足够高的局域中微子流。 ” 南极冰下两公里虽然目前没有任何中微子探测器符合这个设想，研究者们认为只有AMANDA的后继者、位于南极的冰立方（IceCube）中微子望远镜——一个挂在弦上由70个传感器组成的、并被埋在南极冰层下方两公里位置的中微子探测网络——才能够收集到足够数量的大气中微子。位于南极冰层下的IceCube中微子望远镜。(Credit: NSF) 穿过冰层的中微子偶尔会和原子核发生相互作用，并产生一种称为μ子（Muon）的亚原子粒子，这种粒子在冰层中高速运动并产生所谓的契伦可夫辐射（Cerenkov Radiation）。当这些辐射产生的光子到达IceCube的光子传感器的时候，实验装置就会记录下一个中微子信号。为了计算这种方法能够记录下多少大气中微子事例，Gonzalez-Garcia所在的小组对IceCu be所占的区域做了积分并乘以理论模型给出的大气中微子——这些中微子是由地球对面的大气层产生的——的流量。然后还必须考虑各种因素造成的削弱效应——比如地球物质密度的变化、非弹性散射、中微子振荡（即中微子在传播的过程中从一种味道变成另外一种味道）几率——并相应地减小中微子能够被探测到的数量。研究者们估计，为了达到能够以99%的精度探测地层密度的变化至少1000个中微子事例需要被观测到。考虑到IceCube目前只安装了70个探测器中的13个，整个安装要等到2010年才能够完成，这项观测至少要花四年到十年的时间。虽然看起来这相对于通过探测地震波获取数据花费的时间要长，但是Gonzalez-Garcia小组在他们的文章中指出，地震波方法过于依赖于理论模型，并且没有被其它独立实验验证过，因此有必要通过中微子方案来重新独立地获得这些数据。他们认为：“用另一种方案直接观测是必须的。” -- ※ 来源:·珞珈山水BBS站 http://bbs.whu.edu.cn·[FROM: 159.226.37.*]
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发信人: leader (kikizh), 信区: Physics
标题: 中微子探测地球内部结构
发信站: BBS 珞珈山水站 (Wed Dec 5 12:27:52 2007)

作者：Jon Cartwright 文, 葛韶锋译
提交人：gesf （2007年12月04日周二）
类型：news article （Chinese）
引用网址：

http://www.qiji.cn/eprint/abs/3593.html
注释：译自Physicsworld, Neutrinos could probe Earth’s structure: Nov 30, 2007
(译文 1407字)
相关网址：

http://physicsworld.com/cws/article/news/32035

摘要/内容：

如果不在地上钻出一个6000米深的洞，要想了解地球内部的结构，除了监测地震波外科学
家们现在没有什么其它的好办法。但是地震波监测这种手段依赖于地震波在传播过程中如
何受到岩层影响的理论模型，因此并不能直接探测地球的结构，得到的结果也就可能不可
靠。最近由西班牙、日本和美国的科学家们提出一种直接探测的方法：监测大气中微子（
Atmospheric Neutrino）穿过地球时被吸收程度的大小来探测地球的结构。

当中微子通过冰层和原子核相互作用产生μ子，并发出契伦可夫辐射的时候就会被IceCub
e中微子望远镜探测到。(Credit: Ceren Hires/NSF)

这并不是人们第一次提出用大气中微子——这种中微子由宇宙射线和大气层顶部的原子核
碰撞产生——来探测地球结构。虽然这些几乎无质量的中性粒子在低能状态下可以几乎不
受任何影响地穿过地球，但当它们的能量达到10TeV（1013电子伏特）的时候，它们在穿过
地球中心的时候偶尔有可能和物质发生相互作用。

由于中微子和物质发生相互作用并被吸收的概率正比于物质的密度，密度越大概率越高，
因此中微子在通过靠近地球表层部位时的吸收率小于中微子通过地球中心时的吸收率。通
过比较中微子通过不同位置时损失的数量就有可能确定地核与地幔或者其它地层结构之间
的分界位置。

科学家们曾经普遍地放弃了用大气中微子来探测地层结构这一设想，因为大部分大气中微
子的能量都比较低。虽然他们也曾考虑过利用超新星爆发以及其它天文中微子源产生的高
能宇宙射线中微子（High-Energy Cosmic Neutrino），但是位于南极的AMANDA中微子望远
镜（Neutrino Telescope）的观测结果显示这类中微子源太稀少了。

目前来自西班牙巴萨罗那大学（University of Barcelona）的Concepcion Gonzalez-Gar
cia及其同事则认为放弃大气中微子方案过于轻率了。他们的计算结果显示，虽然大气中微
子中能量高于10TeV的中微子含量很低，但是它们的数量对于探测地层结果已经足够了（预
印本：arXiv:0711.0745）。Gonzalez-Garcia对物理世界的记者说：“在这个实验中最好
使用一个局域化的中微子流，但是问题在于自然界中不存在密度足够高的局域中微子流。
”

南极冰下两公里

虽然目前没有任何中微子探测器符合这个设想，研究者们认为只有AMANDA的后继者、位于
南极的冰立方（IceCube）中微子望远镜——一个挂在弦上由70个传感器组成的、并被埋在
南极冰层下方两公里位置的中微子探测网络——才能够收集到足够数量的大气中微子。

位于南极冰层下的IceCube中微子望远镜。(Credit: NSF)

穿过冰层的中微子偶尔会和原子核发生相互作用，并产生一种称为μ子（Muon）的亚原子
粒子，这种粒子在冰层中高速运动并产生所谓的契伦可夫辐射（Cerenkov Radiation）。
当这些辐射产生的光子到达IceCube的光子传感器的时候，实验装置就会记录下一个中微子
信号。

为了计算这种方法能够记录下多少大气中微子事例，Gonzalez-Garcia所在的小组对IceCu
be所占的区域做了积分并乘以理论模型给出的大气中微子——这些中微子是由地球对面的
大气层产生的——的流量。然后还必须考虑各种因素造成的削弱效应——比如地球物质密
度的变化、非弹性散射、中微子振荡（即中微子在传播的过程中从一种味道变成另外一种
味道）几率——并相应地减小中微子能够被探测到的数量。

研究者们估计，为了达到能够以99%的精度探测地层密度的变化至少1000个中微子事例需要
被观测到。考虑到IceCube目前只安装了70个探测器中的13个，整个安装要等到2010年才能
够完成，这项观测至少要花四年到十年的时间。

虽然看起来这相对于通过探测地震波获取数据花费的时间要长，但是Gonzalez-Garcia小组
在他们的文章中指出，地震波方法过于依赖于理论模型，并且没有被其它独立实验验证过
，因此有必要通过中微子方案来重新独立地获得这些数据。他们认为：“用另一种方案直
接观测是必须的。”
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※ 来源:·珞珈山水BBS站

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