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中微子振荡

指数 中微子振荡

中微子振荡（Neutrino oscillation）是一个量子力学现象，是指微中子在生成時所伴隨的輕子（包括電子、渺子、陶子）味可在之後轉化成不同的味，而被測量出改變。當微中子在空間中傳播時，測到微中子帶有某個味的機率呈現週期性變化。 理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫最先於1957年提出此猜想。 reproduced and translated in and reproduced and translated in 爾後一連串的各种實驗皆觀察到此一現象。微中子振盪也是长期未解决的太陽微中子問題的解答。 中微子振荡无论对理论物理还是实验物理而言都是相当重要的。因为这意味着中微子具有非零的靜質量，这与原始版本的粒子物理标准模型不相吻合。 由於发现了微中子振盪現象存在的證明，並取得微中子質量數據，日本超級神岡探測器的梶田隆章以及加拿大薩德伯里微中子觀測站的阿瑟·麥克唐納兩人獲頒2015年諾貝爾物理學獎。.

目录

  1. 31 关系: 卡比博-小林-益川矩阵，反中微子，大亚湾核反应堆中微子实验，太阳中微子问题，夸克，契忍可夫輻射，对称性 (物理学)，中微子，CP破壞，理论物理学，粒子物理學，电子，电中微子，狹義相對論中的質量，萨德伯里中微子天文台，诺贝尔物理学奖，超级神冈探测器，輕子，薩德伯里微中子觀測站，量子力学，量子測量，英國廣播公司新聞，雷蒙德·戴维斯，電子伏特，Τ子，Μ子，K介子，标准模型，梶田隆章，惰性中微子，放射性。

  2. 中微子
  3. 標準模型
  4. 电弱理论
  5. 超越标准模型的物理学

卡比博-小林-益川矩阵

卡比博-小林-益川矩阵（Cabibbo-Kobayashi-Maskawa，CKM或KM matrix）是粒子物理标准模型的一个重要组成成份，它表征了顶类型和底类型夸克间通过W粒子弱相互作用的耦合强度。对二代夸克情形，它是由意大利物理学家卡比博在1963年首先给出的，通常被称为卡比博矩阵或卡比博角。1973年日本物理学家小林诚和益川敏英把它推广到三代夸克。三代矩阵含有相位，可以用来解释弱相互作用中的电荷宇称对称性破缺（CP破坏），也被经常用来解释宇宙重子数不对称。CKM矩阵在轻子中的对应是牧-中川-坂田矩阵（Maki-Nakagawa-Sakata或MNS）。.

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反中微子

物理学里，反中微子，中微子的反物质，是核反应β衰變产生出来的中性粒子.

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大亚湾核反应堆中微子实验

大亚湾核反应堆中微子实验是一个建于中国的研究中微子的多国粒子物理合作项目。参加该项目的研究人员来自中国大陆、台湾、美国、捷克和俄罗斯。 实验包括八个反中微子探测器，集中在有六个核反应堆内的三个地点。每个检测器包括20吨的液体闪烁剂（掺杂有钆的直链烷基苯）通过光电倍增管和屏蔽包围 。 一个更大的随后实验中正在开发中，以在开平市的（JUNO）的形式，它会使用的丙烯酸球体充满了2万吨液体闪烁剂的探测器来探测反中微子。破土动工开始于2015年1月10日，并且预计将在2020年运行。.

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太阳中微子问题

太阳中微子问题是测量到穿过地球的太阳中微子流量与理论计算相比出现缺失的问题，从1960年代中期持续至约2002年。这种缺失已经被中微子物理的新的认识解决了，这要求对粒子物理学的标准模型的进行修改-特别是中微子振荡。从本质上讲，因为中微子具有质量，它们可以改变它们从已被预计在太阳内部被产生的那一种类型，变成了被当时使用的探测器无法探测到另外两种类型。.

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夸克

夸克（quark，又譯“层子”或「虧子」）是一種基本粒子，也是構成物質的基本單元。夸克互相結合，形成一種複合粒子，叫強子，強子中最穩定的是質子和中子，它們是構成原子核的單元。由於一種叫“夸克禁閉”的現象，夸克不能夠直接被觀測到，或是被分離出來；只能夠在強子裏面找到夸克 。因為這個原因，人類對夸克的所知大都是來自對強子的觀測。 夸克有六種“味”，分別是上、下、-zh-tw:魅;zh-cn:粲-、奇、底及頂 。上及下夸克的質量是所有夸克中最低的。較重的夸克會通過一個叫粒子衰變的過程，來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量態變成低質量態的過程。就是因為這個原因，上及下夸克一般來說很穩定，所以它們在宇宙中很常見，而奇、--、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生（例如宇宙射線及粒子加速器）。 夸克有着多種不同的內在特性，包括電荷、色荷、自旋及質量等。在標準模型中，夸克是唯一一種能經受全部四種基本相互作用的基本粒子，基本相互作用有時會被稱為“基本力”（電磁相互作用力、萬有引力、強相互作用力及弱相互作用力）。夸克同時是現時已知唯一一種基本電荷非整數的粒子。夸克每一種味都有一種對應的反粒子，叫反夸克，它跟夸克的不同之處，只在於它的一些特性跟夸克大小一樣但正負不同。 夸克模型分別由默里·蓋爾曼與喬治·茨威格於1964年獨立地提出 。引入夸克這一概念，是為了能更好地整理各種強子，而當時並沒有甚麼能證實夸克存在的物理證據，直到1968年SLAC開發出實驗為止 。夸克的六種味已經全部被加速器實驗所觀測到；而於1995年在費米實驗室被觀測到的頂夸克，是最後發現的一種。.

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契忍可夫輻射

契伦科夫辐射（Cherenkov radiation）是介質中運動的电荷速度超過該介質中光速時發出的一種以短波長為主的電磁輻射，其特徵是藍色輝光。這種輻射是1934年由苏联物理學家帕维尔·阿列克谢耶维奇·切连科夫發現的，因此以他的名字命名。1937年另兩名苏联物理學家伊利亞·弗蘭克和伊戈爾·塔姆成功地解釋了契忍可夫辐射的成因，三人因此共同獲得1958年的諾貝爾物理學獎。.

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对称性 (物理学)

对称性（symmetry）是现代物理学中的一个核心概念，系统从一个状态到另一个状态，如果这两个状态等价，则说系统对这一变换是对称的。或者说给系统一个“操作”，如果系统从一个状态变到另一个等价的状态，则说系统对这一操作是对称的。它泛指「规范对称性」（gauge symmetry），或「局域对称性」（local symmetry）和「整体对称性」（global symmetry）。它是指一个理论的拉格朗日量或运动方程在某些变量的变化下的不变性。如果这些变量随时空变化，这个不变性被称为规范对称性，反之则被称为整体对称性。物理学中最简单的对称性例子是牛顿运动方程的伽利略变换不变性和麦克斯韦方程的洛伦兹变换不变性和相位不变性。 数学上，这些对称性由群论来表述。上述例子中的群分别对应着伽利略群，洛伦兹群和U(1)群。对称群为连续群和分立群的情形分别被称为「连续对称性」（continuous symmetry)和「離散對稱性」（discrete symmetry）。德国数学家外尔（Hermann Weyl）是把这套数学方法运用于物理学中并意识到规范对称重要性的第一人。1950年代杨振宁和米尔斯意识到规范对称性可以完全决定一个理论的拉格朗日量的形式，并构造了核作用的SU(2)规范理论。从此，规范对称性被大量应用于量子场论和粒子物理模型中。在粒子物理的标准模型中，强相互作用，弱相互作用和电磁相互作用的规范群分别为SU(3)，SU(2)和U(1)。除此之外，其他群也被理论物理学家广泛地应用，如大统一模型中的SU(5)，SO(10)和E_6群，超弦理论中的SO(32)和E_8\times E_8群。 整体对称性在粒子物理和量子场论的发展中也起着非常重要的角色，如强相互作用的手征对称性。规范和整体对称性破缺是粒子物理學和凝聚体物理学的重要概念。.

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中微子

中微子（Neutrino，其字面上的意義為「微小的電中性粒子」，又譯作--）是一种电中性的基本粒子，自旋量子數為½，以希腊字母ν标记。现在已经有证据表明其具有质量。但其质量即使相比于其他亚原子粒子也是非常微小的。它可能是现在唯一一种已探测到的暗物质，是一种热暗物质。 中微子与电子、μ子以及τ子同属轻子，有三种“味”：电中微子（）、μ中微子（）以及τ中微子（）。每种味的中微子都相应存在一种同样电中性且自旋量子數為½的反中微子。在标准模型中，中微子的产生过程遵循轻子数守恒定律。 由于中微子是电中性的，同时还是一种轻子，因而其并不参与电磁相互作用以及强相互作用。其只参与弱相互作用以及引力相互作用。 由于弱相互作用作用距离非常短，而引力相互作用在亚原子尺度下又是十分微弱的，因而中微子在穿过一般物质时不会受到太多阻碍，且难以检测。 中微子可以通过放射性衰变以及核反应等多种方式产生。由于太阳内部时时刻刻都在发生着核反应，而超新星产生等过程也会伴随着剧烈的核反应，因而在宇宙射线中可以检测到中微子的存在。地球附近所检测到的中微子大多来源于太阳。事实上，地球面向太阳的区域每秒钟在每平方厘米上都会穿过大约650亿个来自太阳的中微子。 人们现在认识到中微子在飞行过程中会在不同味间振荡，比如β衰变中产生的电中微子可能在检测时会变为μ中微子或τ中微子。这一现象表明中微子具有质量，且不同味的中微子的质量也是不同的。依据现在宇宙学探测的数据，三种味的中微子质量之和小于电子质量的百万分之一。.

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CP破壞

CP破壞又稱CP不守恒，是物理学，尤其是粒子物理学中的一个术语和定理。它说明在一个物理过程中所谓的CP对称被破坏了。在宇宙学中它对解释今天宇宙中物质的数量超过反物质的数量有极其重要的意义。1964年在CP破坏首先在中性K介子的衰变中被实验证实。1980年詹姆斯·克罗宁和瓦尔·菲奇因此被授予诺贝尔物理学奖。至今为止对CP破壞的研究依然是一个在理论物理和试验物理中非常活跃的领域。.

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理论物理学

论物理学（Theoretical physics）通过为现实世界建立数学模型来试图理解所有物理现象的运行机制。通过“物理理论”来条理化、解释、预言物理现象。 豐富的想像力、精湛的數學造詣、嚴謹的治學態度，這些都是成為理論物理學家需要培養的優良素質。例如，在十九世紀中期，物理大師詹姆斯·麥克斯韋覺得電磁學的理論雜亂無章、急需整合。尤其是其中許多理論都涉及超距作用（action at a distance）的概念。麥克斯韋對於這概念極為反對，他主張用場論來解釋。例如，磁鐵會在四周產生磁場，而磁場會施加磁場力於鐵粉，使得這些鐵粉依著磁場力的方向排列，形成一條條的磁場線；磁鐵並不是直接施加力量於鐵粉，而是經過磁場施加力量於鐵粉；麥克斯韋嘗試朝著這方向開闢一條思路。他想出的「分子渦流模型」，借用流體力學的一些數學框架，能夠解釋所有那時已知的電磁現象。更進一步，這模型還展示出一個嶄新的概念——電位移。由於這概念，他推理電磁場能夠以波動形式傳播於空間，他又計算出其波速恰巧等於光速。麥克斯韋斷定光波就是一種電磁波。從此，電學、磁學、光學被整合為一統的電磁學。.

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粒子物理學

粒子物理学是研究组成物质和射线的基本粒子以及它们之间相互作用的一個物理学分支。由于许多基本粒子在大自然的一般条件下不存在或不单独出现，物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能生产和研究它们，因此粒子物理学也被称为高能物理学。.

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电子

电子（electron）是一种带有负电的次原子粒子，通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类，以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一，无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋，是一种费米子。因此，根據泡利不相容原理，任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子（又称正子），其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同，但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅，在這過程中，生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子，是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核，电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时，原子会带电；称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时，它带有负电，叫阴离子，失去电子时，它带有正电，叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量，导致正负电量不平衡时，称该物体带静电。当正负电量平衡时，称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途，例如，靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛於原子，稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚，能够自由移动时，則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論，宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如，當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面，許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅，或者，會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏，精密的尖端儀器，像四極離子阱，可以長時間局限電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像国际热核聚变实验反应堆，藉著局限電子和離子電漿，來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.

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电中微子

电中微子（Electron neutrino)，为三种中微子的一种。因为它总伴随着电子，所以称为电中微子。沃尔夫冈·泡利在1930年预言到它的存在，1956年克萊德·科溫、弗雷德里克·莱因斯等人在实验中证实了泡利的预言。中微子不可直接探测。若電中微子和中子碰撞，會產生質子和電子和些許的能量。.

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狹義相對論中的質量

质量这一名词在狭义相对论中通常是指物质在静止时所测量的质量（静质量）。这个意义的质量与牛顿力学的质量相同。不变质量是静质量的另一名称，但它通常是指由许多粒子构成的系统。 相对论性质量这一名词也被使用，而这是一个物体所具有的總能量。物体的相对论性质量包括了它所具有的动能，因此取决于观察者所处于的参考系。.

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萨德伯里中微子天文台

#重定向 薩德伯里微中子觀測站.

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诺贝尔物理学奖

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超级神冈探测器

超级神冈探测器（Super-Kamiokande，可縮寫為Super-K或SK；スーパーカミオカンデ），全名為超級神岡中微子探測實驗（Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment），是日本東京大學在岐阜縣飛驒市神岡町的茂住礦山一个深达1000米的废弃砷矿中建造的大型中微子探测器。其目标是探测质子衰变以及被设计来寻找太阳、地球大气的中微子，并观测銀河系內超新星爆发。.

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輕子

輕子（Lepton）是一種不参與强相互作用、自旋为1/2的基本粒子。電子是最為人知的一種輕子；大部分化學領域都會涉及到與電子的相互作用，原子不能沒有它，所有化學性質都直接與它有關。輕子又分為兩類：「帶電輕子」與「中性輕子」。帶電輕子包括電子、緲子、陶子，可以與其它粒子組合成複合粒子，例如原子、電子偶素等等。 在所有帶電輕子中，電子的質量最輕，也是宇宙中最穩定、最常見的輕子；質量較重的緲子與陶子會很快地衰變成電子，緲子與陶子必須經過高能量碰撞製成，例如使用粒子加速器或在宇宙線探測實驗。中性輕子包括電中微子、緲中微子、陶中微子；它們很少與任何粒子相互作用，很難被觀測到。 輕子一共有六種風味，形成三個世代。 第一代是電輕子，包括電子（）與電中微子 （）。第二代是緲輕子，包括緲子（）與緲中微子 （）。第三代是陶輕子，包括陶子（）與陶中微子（）。 輕子擁有很多內秉性質，包括電荷、自旋、質量等等。輕子與夸克有一點很不相同：輕子不會感受到強作用力。輕子會感受到其它三種基礎力：引力、弱作用力、電磁力。但是，由於中微子的電性是中性，中微子不會感受到電磁力。每一種輕子風味都有其對應的反粒子，稱為「反輕子」。帶電輕子與對應的反輕子唯一不同之處是帶有電荷的正負號相反。根據某些理論，中微子是自己的反粒子，但這論點尚未被證實。 在標準模型裏，輕子扮演重要角色，電子是原子的成分之一，與質子、中子共同組成原子。在某些被合成的奇異原子裏，電子被更換為緲子或陶子。像電子偶素一類的輕子-反輕子粒子也可以被合成。.

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薩德伯里微中子觀測站

薩德伯里微中子觀測站（Sudbury Neutrino Observatory，缩写为SNO）是位於加拿大安大略省薩德伯里2100米深的镍矿中的中微子觀測站。因為對於中微子振盪的發現做出重大貢獻，SNO實驗主任阿瑟·麥克唐納榮獲2015年諾貝爾物理學獎。薩德伯里微中子觀測站的建立是為了要研究太陽中微子問題。觀測站的中微子探測器主要是用來探測太陽中微子，通過它們與重水的相互作用。探測器從1999年5月開始啟用，直到2006年11月為止。雖然探測器已停止運作，在未來數年中，SNO團隊仍會繼續分析在那段時期獲得的數據。現今（2015年），已被擴充的地下實驗室仍舊繼續被用來進行其它SNOLAB實驗。SNO的設備正在整修，準備未來用於實驗。.

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量子力学

量子力学（quantum mechanics）是物理學的分支，主要描写微观的事物，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学，如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的學科，都是以其为基础。 19世紀末，人們發現舊有的經典理論無法解釋微观系统，於是經由物理學家的努力，在20世紀初創立量子力学，解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。 愛因斯坦可能是在科學文獻中最先給出術語「量子力學」的物理學者。.

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量子測量

在量子力學之中，所謂的「測量」需要有較嚴謹的定義，而特別稱之為量子測量。量子测量不同于一般经典力学中的测量，量子测量会对被测量子系统产生影响，比如改变被测量子系统的状态；处于相同状态的量子系统被测量后可能得到完全不同的结果，这些结果符合一定的概率分布。量子测量是量子力学解释体系的核心问题，而量子力学的解释目前还没有统一的结论。.

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英國廣播公司新聞

BBC新聞（BBC News）是英國廣播公司旗下負責播報新聞節目的一個部門 。在BBC第一台，除了早上的《BBC早餐》之外，還在下午1點和傍晚6點以及晚上10點播出約30分的新聞。BBC在英國各地的分支機構也會製作面向各地區播出的新聞節目。除了電視和廣播之外，BBC也通過網絡提供新聞。BBC新聞網在1997年11月上線，現在每月的訪問者數超過1500萬人，是英國最具人氣的新聞網站之一。許多BBC電視新聞節目也在網上公開。.

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雷蒙德·戴维斯

雷蒙德·戴維斯（Raymond "Ray" Davis, Jr.，），美国化學、物理學家，戴維斯、小柴昌俊與里卡尔多·贾科尼，共同獲頒2002年諾貝爾物理學獎，戴維斯與小柴昌俊因「在天體物理學中的開創性貢獻，特別是探測宇宙中微子」共享一半獎金、另一半頒給里卡尔多·贾科尼。.

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電子伏特

電子伏特（electron Volt），簡稱電子伏，符号为eV，是能量的單位。代表一個電子（所帶電量為1.6×10-19庫侖）经过1伏特的電位差加速后所獲得的动能。電子伏与SI制的能量单位焦耳（J）的换算关系是.

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Τ子

--（tauon），又稱--、--，是帶負電荷、自旋的基本粒子，標記為，由馬丁·佩爾實驗團隊於1975年發現。陶子、電子、緲子與對應的三種中微子，都歸屬於輕子；陶子是第三代輕子，電子是第一代，緲子是第二代。對應於陶子的中微子稱為陶中微子。陶子的反粒子稱為反陶子，帶正電荷，其壽命、質量、自旋都和陶子相同，標記為。 陶子的半衰期為，質量為（稍加比較，電子的質量為，緲子的質量為）。陶子的相互作用與電子非常類似，陶子可以視為電子的特大質量版本。由於陶子的特大質量，陶子發射出的軔致輻射比電子少很多，因此，陶子比電子更具有穿透性，但是陶子的壽命很短，陶子的移動範圍主要是由衰變長度設定，由於數值過小，很難觀察到軔致輻射。只有在超高能量時，即能量超過PeV時，才能觀察到陶子的穿透性。.

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Μ子

μ子（渺子，muon）是一种带有一个单位负电荷、自旋为1/2的基本粒子。μ子与同属于轻子的电子和τ子具有相似的性质，人们至今未发现轻子具有任何内部结构。历史上曾经将μ子称为μ介子，但现代粒子物理学认为μ子并不属于介子（參見历史）。 每一种基本粒子都有与之对应的反粒子，μ子的反粒子是反μ子(反渺子,antimuon)。反μ子（μ+）与μ子（μ-）相比只是带一个单位的正电荷，质量、自旋等性质完全相同，因此又叫做正μ子。 与其他带电的轻子一样，μ子有一个与之伴随的中微子——μ中微子（νμ）。μ中微子与电中微子νe参与的反应不同，是两种不同的粒子。.

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K介子

在粒子物理學中，K介子（Kaon，標記為帶正電的K介子從前被分開叫做τ+及θ+，因為直至1960年代前K+一直被視為兩種粒子。見上面的宇稱不守恆)）是帶有奇異數這一量子數的四種介子的任一種。在夸克模型中，我們知道它們含有一個奇夸克（或其反夸克），及一個上或下夸克的反夸克（或其夸克）。 自從它們在1947年被發現之後，K介子為基礎相互作用的性質提供了大量的資料。在建立粒子物理學標準模型基礎的過程中，它們有着不可或缺的角色，例如強子的夸克模型及夸克混合的理論（後者於2008年被諾貝爾物理學獎肯定）。在人類對基礎守恆定律的了解中，K介子也有着傑出的貢獻：CP破壞（一種造成大家所見的宇宙物質－反物質失衡的現象）的發現在1980年被諾貝爾物理學獎肯定，這種現象就是在K介子系統被發現的。.

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标准模型

在粒子物理學裏，標準模型（Standard Model，SM）是描述強力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質基本粒子的理論，屬於量子場論的範疇，並與量子力學及狭义相對論相容。到目前為止，幾乎所有對以上三種力的實驗的結果都合乎這套理論的預測。但是標準模型還不是萬有理論，主要是因為還沒有描述引力。.

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梶田隆章

梶田隆章（，），日本物理學家、天文學家，現任所長、同研究所附屬宇宙中微子觀測信息融合中心（Research Center for Cosmic Neutrino）負責人、東京大學特別榮譽教授、東大卓越教授，榮獲文化勳章,並被表彰為文化功勞者。 梶田教授受業於知名物理學家小柴昌俊、戶塚洋二，他與戶塚領導的實驗於1998年證實中微子震盪，2002年三人同獲潘諾夫斯基實驗粒子物理學獎。2015年梶田因「發現了中微子震盪，证明了中微子具有質量」與阿瑟·麥克唐納分享諾貝爾物理學獎。.

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惰性中微子

惰性中微子（英語：sterile neutrino）是温暗物质的候选者，不参加除引力以外的任何相互作用。在标准模型中为单态。 2016年8月，IceCube微中子觀測站宣布，未能在預期值域內找到惰性中微子，不清楚它們到底隱藏在何處。.

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放射性

放射性或輻射性是指元素從不稳定的原子核自发地放出射线，（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成穩定的元素而停止放射（衰变产物），這種現象稱為放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序數在83（鉍）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序數小于83的元素（如锝）也具有放射性。而有趣的是，從原子序84開始一直到鉳元素有以下特性：原子序是偶數的，半衰期都比相邻的长。这是由於原子序数为偶數的元素的原子核含有適當數量的質子和中子，能够形成有利的配置結構。〈即魔數〉 對單一原子來說，放射性衰变依照量子力學是隨機過程，無法預測特定一個原子是否會衰变。不過原子衰变的機率不會隨著原子存在的時間長短而改變。對大量的原子而言，可以用量測衰變常數計算衰變速率及半衰期。其半衰期沒有已知的時間上下限，範圍可以到55個數量級，短至幾乎瞬間，長至久於宇宙年齡。 有許多種不同的放射性衰变。衰变或是能量的減少都會使有某種原子核的原子（父放射核素）轉變為有另一種原子核的原子，或是其中子或質子的數量不同，稱為子體核素。在一些衰变中，父放射核素和子體核素是不同的化學元素，因此衰变後產生了新的元素，這稱為核嬗变。 最早發現的衰变是α衰變、β衰變、γ衰變。α衰變是原子核放出α粒子（氦原子核），是最常見釋放核子的衰變，不過原子核偶爾也會釋放質子，或者釋放其他特殊的核子（稱為）。β衰變是原子核釋放電子（或正子）及反微中子，會將質子轉變為中子（或是將中子轉變為質子） 。核子也可能捕獲軌道上的電子，使質子轉變為中子，這為電子捕獲，上述的衰变都屬於核嬗变。 相反的，也有一些核衰变不會產生新的元素，受激態原子核的能量以伽馬射線的方式釋出，稱為伽馬衰变，或是將激发态原子核将能量转移至轨道电子上，轨道电子再脱离原子，稱為。若是核子中有大量高度受激的中子，有時會以中子發射的方式釋放能量。另外一種核衰变是將原來的原子核變為二個或多個較小的原子核，稱為自發性的核分裂，出現在大量的不穩定核子自發性的衰变時，一般也會釋放伽馬射線、中子或是其他粒子。 著名的例子像是鈾和釷，但也包括在自然界中，半衰期長的同位素，例如钾-40。例如15種是半衰期短的同位素，像鐳及氡，是由衰變後的產物，也有因為而產生的，像碳-14就是由宇宙射線撞擊氮-14而產生。放射性同位素也可能是因為粒子加速器或核反應爐而人工合成，其中有650種的半衰期超過一小時，有數千種的半衰期更短。.

查看 中微子振荡和放射性

另见

中微子

標準模型

电弱理论

超越标准模型的物理学