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幽靈一樣的中微子,竟關乎整個宇宙!

2019-03-14 11:08:14

中微子是一種非常奇特的基本粒子,其質量幾乎為零,以接近於光速的速度運動,與別的物質幾乎完全沒有相互作用。可以這樣說,中微子可以任意的穿過任何物體而不受阻擋,一顆中微子可以輕鬆地穿過10米厚的鉛板,而不受任何影響。基於這一點有些有些科學家稱之為“幽靈粒子”,更有甚者說:“如果人死後會有鬼魂的話,那一定是由中微子構成的。”

幽靈一樣的中微子,竟關乎整個宇宙!

中微子是中最豐富的粒子,當你正在閱讀這篇文章的時候,就有成千上萬個宇宙大爆炸殘留下來的中微子在你身體中。每秒鐘大約有100萬億在太陽中產生的中微子穿過你。每過一秒鐘,就有大約1000個由宇宙線與地球大氣相互作用生成的中微子穿過你的身體。除自然因素之外,我們人工建造的核反應堆也會產生大量的中微子。

中微子的預言

在物理學家們發現中微子之前,有一個一直無法解決的疑難。就是有些核的β衰變會放出電子,然後核衰變成其他元素。可是當科學家們去測量釋放出來電子的能量時,卻發現電子的能量總是比預期的要小,而且很不穩定。這個奇怪的結果困擾了物理學家們很長時間,甚至有的著名科學家(量子理論的巨匠玻爾)曾經認為,在亞原子事件中能量和動量不守恆。

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衰變譜的預測值與期望值

歷史總是不斷地重複的,每一次科學界遇到重大難題後,總會有人能夠挺身而出起到巨大的推動作用。這次挺身而出的是泡利,他推測我們所瞭解的衰變過程是不完整的,衰變可能還產生了有非常強穿透性的粒子,帶走了一部分能量和動量。他的推測就思路而言,是非常保守的,因為它保持了能量和動量守恆原理。費米在泡利推測的基礎上提出了弱相互作用理論,這個理論加上一個修正至今仍用來描述β衰變。

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泡利

中微子的探測

直接看見中微子的相互作用不得不等到技術有重大進步之後。要探測中微子那樣強穿透性的粒子,需要有很大的靶和富含大量中微子的源。經過一系列嘗試之後,柯萬和萊因斯把300升液體閃爍體(大量質子),放置到高功率核工廠旁邊,成功的在1956年觀察到了中微子相互作用。萊因斯也在1995年榮獲

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超級神岡中微子探測器

最初中微子一直被認為是以光速運動並且沒有質量的粒子,直到發現了中微子振盪。中微子振盪是說,中微子會隨著時間的變化而變味。味是基本粒子的一種屬性,中微子有三個味,分別是e、τ、μ。如果中微子沒有質量以光速運動,那根據,中微子的時間就是靜止的,中微子便不會變味。可是事實相反,所以這也證明了中微子是有質量的。

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中微子的三種味

中微子和宇宙

上文已經提到過,中微子在宇宙中是大量存在的,而且幾乎不與物質相互作用。這就為我們提供了一種很好的方式,來觀測形體的內部,我們可以通過測量中微子的狀態來推測恆星內部所發生的反應。不僅如此,宇宙大爆炸也留下了大量高能中微子在宇宙間飄蕩,我們可以通過對這些中微子的探測來研究宇宙的起源。除了觀測宇宙,科學家們還設想過利用中微子良好的穿透性來進行通訊,這樣無論你是在大山裡還是在電梯裡,都不用擔心沒訊號了。

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∞ 條評論
  • 中微子根本不存在,中子是由一個質子和一個圍繞質子做勻速圓周運動的相對論電子構成,中子的半徑為三十個費米,(30fm)為質子半徑大300倍。中子不穩定,很容易分裂為一個質子和一個電子(倍它電子)能量和角勁量都是守恆的,

  • 10米厚的鉛板有什麼用,非要擋住中微子需要5萬光年厚的鉛板

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