中微子可以穿透万物的神秘粒子人类摸索宇宙的隐形使者

发布时间：2023-10-25 11:30:19 所属栏目：外闻来源：转载

导读： 　　中微子是神秘的一种粒子，它几乎毫不费力就能穿墙而过悄无声息地到你身旁，而你却在毫无察觉的情况下受其影响。这听起来很像科幻电影的场景,但在现实中,确实存在这样一种宇宙隐形人。

　　中微子是神秘的一种粒子，它几乎毫不费力就能穿墙而过悄无声息地到你身旁，而你却在毫无察觉的情况下受其影响。这听起来很像科幻电影的场景,但在现实中,确实存在这样一种宇宙隐形人。

　　中微子的发现源于一个能量守恒的问题。1932年,奥地利物理学家保罗·狄拉克在研究原子核衰变过程中,发现产生的能量总量比原来少了一些。这似乎违反了能量守恒定律,大家都很困惑,狄拉克提出一个大胆的假说:也许在这个过程中,释放出一种看不见的粒子,带走了部分能量,如果算上这种粒子的能量,总能量就可以守恒了。他将这种假想的粒子称为“中微子”。

　　又过了20多年,1956年美国物理学家莱因斯坦和科万利用核反应堆做实验,终于直接探测到了中微子的存在,证实了狄拉克的假说。他们用探测器放在反应堆旁边,当反应堆运行释放出中微子时,探测器就可以检测到它们了。这是科学史上经典的一幕—一个伟大物理学家的预言在几十年后终于被证实了。

　　中微子之所以能长期隐形,是因为它具有极强的穿透力。中微子的质量非常小,接近于零，它的电中性决定了它几乎不与任何物质发生交互作用。每秒钟都有上千亿个中微子从地球另一端穿过你的身体,但你完全感觉不到,因为中微子可以毫不费力地穿透任何物体。

　　正因为中微子传感器拥有如此强大的穿透力，它被全世界的科学家广泛地用于前瞻性的探测远古时代的地球生命体的内部结构。对中微子来说,地球就像个透明玻璃球一样。利用中微子的这一特性,科学家可以扫描地球内部的结构,这对理解地球的形成和演化有重要意义。中微子天文学也正在蓬勃发展,用中微子探测一些光子无法达到的极端宇宙天体。

　　虽然中微子极难与物质相互作用,但科学探索的脚步从未停止。20世纪60年代,科学家在研究从太阳来的中微子时,发现探测到的中微子数目远远少于理论预测值,少了二分之一以上。这种“太阳中微子数目缺失”之谜困扰了科学界几十年。后来,日本物理学家提出中微子振荡理论来解释这一现象。不同“味”的中微子可以互相转换,例如电子中微子可以变成辐射中微子,在太阳到地球的旅途中,部分电子中微子转换成了其他类型。

　　2002年,日本的超级神冈探测器实验证实了大气中微子确实存在振荡现象。2012年,中国科学家在广东大亚湾核电站进行的Daya Bay 探测实验,使人类第一次探测到了第三种类型的中微子振荡。这一发现填补了物理学标准模型的空白,对探索宇宙起源与演化具有重大意义。

　　2015年,日本物理学家梶田隆章和加拿大物理学家阿瑟·B·麦克唐纳因发现中微子振荡被授予诺贝尔物理学奖。这标志着基于中微子探测的天文学研究迎来新的春天。中微子只受引力影响,可以成为探测极端天体的使者,不被磁场偏转方向。

　　虽然人类对中微子研究已有长足进展,但中微子物理中还留有重大未解之谜。比如,中微子到底是不是自身的反粒子?不同类型中微子的质量顺序是怎样的?这些问题都有待进一步的实验数据来解开。目前,中国科学家正在建设具有突破意义的江门中微子实验,其目标就是要确定三种中微子的质量排序。届时或将对探索物质与反物质的不对称之谜,产生重要启示。这是一项极具挑战性的工作，需要科学家具有超凡的想象力和创造力。我们期待着这一天早日到来。

（编辑：站长网）

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