中微子极强穿透力,需要五光年铅板才能挡住,若是用一公里的中子态物质是否能够挡住?为什么?

姜冰2017


中微子(符号v)是奥地利物理学家泡利在1930年发现的,他将β衰变中窃走一小部分能量的小偷命名为中子,后来真正的中子被发现了,意大利物理学家费米将这个“中子”改名为中微子。

自然界有四种基本作用力,这些力构成了大千世界,一枚飞速射过来的子弹撞击钢板,电磁力、强力会阻止子弹或者挡住子弹,子弹个头太大,具备的能量也不大,所以不容易射穿太厚的钢板,但对于中微子来说,它可以轻而易举的穿透整个地球,就包括现在的每分每秒,就有亿计的中微子在穿透我们的眼睛。

中微子是一种质量极轻比电子还要轻百万倍,基本不参与其它相互作用,个头极小,所以它几乎从容的穿透任何物质而不会被阻挡。

5光年的铅板可以抵挡的住,因为它足够厚,质量足够大,引力足够强,当然了这也只是理想状态下,5光年厚的铅板谁能造得出?还没建造好就要坍缩成黑洞了。

一公里的中子态物质能够挡得住吗?我们知道中子星上的物质就是中子简并态的物质,密度极大,1立方厘米可能就重达10亿吨,中子星可以看做是一个巨大的原子核,虽然密度对于我们来说非常恐怖,但对于中微子来说,它可能就像是一张渔网,而中微子只是一粒沙子,能挡得住吗?不能。

那么靠这1公里中子态物质的引力能够挡得住吗?也是不能的,中微子质量非常小,比电子的质量还要小百万倍,你说呢?

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科幻船坞


答:中微子的穿透力非常强,哪怕是穿过一亿个地球,也很难被吸收;中子星物质具有非常强的引力,还有着非常大的密度,能大大增加中微子被吸收的概率。


中微子号称“幽灵粒子”,是目前科学上最神秘的粒子之一,根据目前科学家掌握的证据,中微子的静止质量不为零但非常小,大约为电子质量的千万分之一。

中微子很难探测,原因有以下几点:

(1)质量太小,万有引力作用很弱,用引力探测中微子的办法基本行不通;

(2)不带电,不参与电磁相互作用,意味着中微子可以在原子中,电子和原子核之间穿梭自由,不受电磁力影响;

(3)不参与强相互作用,意味着可以在原子核内,夸克与夸克间穿梭自由,不受影响;

(4)参与弱相互作用,但是弱力的作用尺度在10^-19米数量级;

正是因为以上几点原因,中微子几乎可以在地球上的所有物质间穿过且不受影响,只有非常小的概率撞击到原子核中的夸克,才有可能因为弱相互作用被吸收。


要知道,在一个原子中,原子核的直径只有原子直径的百万分之一;而在原子核中,夸克之间的距离,又是夸克直径的数万倍,所以一个中微子穿过地球时几乎不受影响。

对于中子星物质,原子核与电子间的空隙,被中子填满了,那么中微子参与弱相互作用的概率大大增加,中子星的引力对中微子有影响,但是中微子的速度一般都很接近光速,所以引力影响很有限。

至于密度更高的夸克星物质,中微子被吸收的概率就更大了,对于黑洞而言,其引力就可以把中微子束缚住。


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艾伯史密斯


每时每刻,都有数以亿万中微子穿过我们的人体,穿过我们的地球,对比我们人类是无从感知的,它们在宇宙中畅通无阻,似乎什么都音响不了它。

1930年,奥地利物理学家泡利提出了一个假说,他认为在粒子衰变过程中,除了电子之外,可能还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去,带走了另一部分能量,因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱,以至仪器很难探测得到。这就是中微子,但是求证它的存在用了整整20年的时间。我们的太阳就是巨大的中微子辐射源。




由于中微子不带电性,不表现磁力,所以很难和其它原子中的粒子反应,表现不排斥,而且体积非常微小,(电子的百万分之一),原子对于它来说,显得非常的广阔,就好比原子中有一条看不到边际的公路任它跑,所以很轻易的就穿过去了,人体包括地球,都无法阻挡它,我们毫无感知。



用一公里厚的中子态物质阻挡,首先想到的就是中子星,中子星原子的简并态已经抵挡不了重力压缩,可以说空间已经非常小了,通常是把负电电子压入正电原子核,但是相对于中微子,哪怕是中子星都是存在间隙的,我想一公里厚度虽然能够挡住大部分中微子,但是估计也挡不住所有。唯一能挡住的估计只有黑洞那种未知的密度。


光年之外zyn


这个算一下不就知道了,最简单的方法就是直接算密度,由于中子星就相当于一个巨型原子核,而铅的绝大部分质量都在原子核,所以这种算法虽然有误差,但不会很大。

查了一下铅的密度是11.3437g/cm³

中子星都密度是每立方厘米8000万到20亿吨,质量越大密度越大,取中间值吧,算15亿吨/立方厘米,即密度是1.5×10^15g/cm³

也就是中子星的密度大约是铅的132231987799395倍,即大约是1.3×10^14倍

而五光年=5×365.25×24×3600×299792.458=47303652362904公里,即大约是4.7×10^14倍

综合对比一下,很明显如果五光年铅板能挡住,那么1公里中子态物质也能挡住,拦截效率差不多高3倍。🙂


星宇飘零2099


这个问题说实话很难回答,因为穿透力并不是只是由粒子的大小、质量、速度决定的!

中微子

什么是中微子?其实就是一种粒子,只不过这种粒子比较特殊,它不带电,质量非常轻,速度接近光速,而且穿透力极强。

中微子最早是1930年物理学家泡利预言的,只不过他当时称其为中子,当1932年真正的中子被发现后,费米将其改为中微子。

中微子其实存在于我们的身边,但是由于它与其他物质相互作用极小,所以很难观测到,为了观测到中微子,科学家在南极建立了最大的中微子探测器“冰立方天文台”。

宇宙“隐身人”中微子

中微子还有另一个称号就是宇宙“隐身人”,这是因为穿透力太强,难以捕捉和观测。

我们在高中学过几种射线,分别是α、β、γ射线,知道α射线穿透力最弱,一张纸就能够挡住,因为它质量大,速度低,还带电。而β射线的穿透力稍微好一点,γ射线穿透力最强,几厘米厚的铅板才能挡住。

其实仔细想想穿透力不仅仅要满足粒子足够小,速度足够大,还有一点就是能否产生相互作用。简单来说就是不发生“反应”。


在所以粒子中,中子可能算是穿透力比较好的,因为它不带电,只会与原子核发生强相互作用,而且中子还有磁矩,仍会和磁性有序的材料发生相互作用。

但是中微子不同,它即不带电,也无磁矩,速度还接近光速,所以它在穿透过程中不会发生电磁作用和强作用,只会发生弱作用和引力作用,所以它的穿透力极强。面对整个地球,每100亿个中微子,可能只有1个会发生相互作用不能逃出。

中子态

所谓中子态就更简单了,就是全部由中子构成的状态称为中子态,其实就是我们常说的中子星。

我们知道中子星是因为巨大的引力收缩而成的,其密度可能是正常物质的上亿倍!而我们说了中微子也会受引力的影响,而且中子星形成过程本就会释放大量中微子。


这其中牵扯的因素太多,例如中微子哪种类型,自身的能量是多少?或者中子态此时的状态等等,但在我看来,一公里的中子态物质穿透是不难的。


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科学认识论


中微子是一种非常小的基本粒子,属于轻子的一种,质量只有电子的百万分之一,在宇宙中大量存在,因为恒星中子星这样的天体在发光的同时还会发出中微子,比如我们的太阳就是一个强大的中微子发射源,可以说中微子充斥于广大的宇宙空间中。


由于中微子是一种非常“懒惰”的基本粒子,它基本不与其它粒子或者事物发生作用,比如它不带电,不会与电子和质子发生作用,在原子中也会畅通无阻,而且它不带电磁力,也不会和有磁性的东西发生作用,它的个头也非常小,速度又基本和光速一样,所以它在穿透过程中不会很少会受到其他东西阻挡,比如每秒钟就有上万亿的中微子经过我们的身体,但是我们却毫无察觉,其实每时每刻也有无数的中微子穿越地球,然而厚达1万多公里的地球在他们面前却好像空无一物,它们几乎可以不受阻挡地一越而过。



通常认为中微子只有直接撞击到电子、质子或者中子上才会被阻挡,就是在原子核中有空隙,它也可以穿行无阻,甚至有人认为他可以在组成质子和中子的夸克间穿行,因此通常认为它也是宇宙中穿透力最强的基本粒子,无论是行星还是恒星都无法有效阻挡它的穿越,因为常见物质中原子间的空隙就很大,而原子内的空隙也很大,中微子直接撞击到电子、质子中子上的可能性很小,有科学家认为一个中微子发射源发出的中微子,需要用几光年厚的铅板才能全部阻挡,说起来真是让人匪夷所思了。



那么宇宙中有能有效阻挡中微子的事物吗?其实也是有的,白矮星是一种,它可以阻挡较少的中微子经过,因为白矮星是一种物质很致密的星体,上面的物质处于电子简并态,电子和质子的分布比较集中,空间也很小,所以能阻挡一部分中微子通过。


比白矮星更强的就是中子星了,它的物质分布更为密集,电子被强大的简并压挤到了质子里面成为中子,当中微子经过的时候,这些密集的中子可以阻挡一大部分,而且由于中子星有着强大的引力场,可对时空产生一定程度的扭曲作用,因此也会对中微子的传播路线产生一定的影响。

不过阻挡能力最强的还是黑洞,黑洞强大的引力场对时空的扭曲作用也非常强,当光子来到他的世界边缘的时候就无法再逃脱了,而中微子和光子有一定的相似性,理论上它也无法逃脱黑洞的引力场,所以黑洞才应该是可以完全阻挡中微子的事物啊。



科普大世界


热衷于寻找更小粒子是有意义的,不过更要准确理解和定义这些粒子。

如果说中微子低于光速可以穿透五光年的铅板,那中微子就要比光子还“小”,光子都说没质量了,那中微子哪来的质量,光子能穿透这么厚的钢板吗?

中微子也是光子级的粒子,光子不是大小相等的粒子,能把电子振动到频率,电子也发光。光是波,不是射流。

中微子应该是小级别的光子,比我们认知的光子穿透力强,但是五光年怎么来的就不可思议了,正常条件下,电子就和抽刀断水一样,切了又合,谁合出来的,就是光子级别的粒子,所以,低能态的中微子,“走”不远。

把一个电子压进质子很难,但是让原子丢掉一个电子很容易,摩擦都行,让一个中子跑出原子核也不难,核裂变就是,那么放射性元素放射的啥?一下扔掉一个中子?并不是,钢板可以有效吸收这些粒子,不是拦住这些粒子,何来五光年厚之说。

等他动能低了,老老实实投入电子怀抱。


程俊杰70559097


地球时时刻刻都接受来自太阳或者系外中微子的“洗礼”,我们每个人也是如此。中微子之所有有极强的穿透力主要是因为:它的速度接近光速、它的静止质量几乎为零、它几乎不参与任何相互作用。

至于像地球一样的普通物质,对于中微子几乎没有任何的束缚力。科学上从预言中微子的存在到发现它大约用了将近20年的时间。光是对中微子的发现及各种性质研究就有将近10位各国的科学家获得诺贝尔奖。

图:地下用以探测中微子的实验设备

中微子被称为宇宙间的“隐身人”不足为奇,实在是其太难于被发现捕捉。但是前边也说了中微子虽然质量特别轻有的甚至于小于电子的百万分之一,但是它还是有静止质量的,既然如此必然也会受到引力的作用。但是一般的天体对它的引力几乎可以忽略的,但是对于那种及其致密的天体如中子星、黑洞等,对于中微子是由一定的限制作用的。

而问题中的中子态物质应该指的就是中子星,但是否可以挡住中微子就很难说了。还有另一方面因为中子星物质是极其致密的,所有的电子被挤压进原子核内跟质子结合变成中子,中子星的密度就是原子核的密度。这对于中微子也是有一定影响的,因为中微子还会受到弱相互作用的影响。



科学黑洞


中微子被称为宇宙中的“隐形人”,它性格非常孤僻,对于四大基本相互作用,只参与弱相互作用和引力作用,以至于它极难被挡下来。(也就黑洞能百分百挡住它了)

题目中说用一公里厚的中子态物质去阻挡中微子,结果也没多么理想,还是有不少中微子可以穿过的。

毕竟对于中微子而言,在忽视引力的情况下,弱相互作用的反应截面是那样的小,即便中子们紧紧挨着,它甚至可以在组成中子的夸克间穿梭(不过也有几率使得中子吸收一个中微子而变成质子)

↑中微子实验装置↑

总的来说,中微子在宇宙中分布很广泛,比如你现在竖起你的大拇指,每秒都会有上百亿个中微子穿过你的指甲盖,躲都躲不掉。

甚至就连你的身体内都会跑出中微子,因为人体内的钾-40元素,每天因衰变会发出大约4亿个中微子。

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赛先生科普


答案是当然可以。中微子属于不可分割的基本粒子,和电子一样都属于轻子家族中的一员。同时,中微子不带电,因此它即不参与强相互作用力也不参与电磁相互作用力。仅仅参与一点弱力和引力作用。



知道了这些信息,就基本可以理解为何中微子穿透性极强,甚至被称为宇宙中的隐身粒子了。

首先,中微子不参与强相互作用,所以中微子和质子、中子几乎没有任何作用力,就是说中微子只要不是一头正好撞击到原子核上面,它几乎就是对原子核视而不见。



第二、中微子没有电荷,所以它也不参与电磁作用。也就是说它和电子以及质子没有电磁力,对电子和质子也视而不见。



第三、中微子个头极小(原子对它来说就像是太阳系)、速度极高、甚至被认为和光子一样没有质量。

所以说,中微子和基本粒子间的引力也很小,再加上它是高速运动的(接近光速),所以自由的中微子基本上就不受四种基本力的任何一种。故而原子对于这么一个完全不受力的小东西,基本就像是空气一样不存在。所以中微子可以穿透任意物质,我们身体和地球每时每刻都有上百万亿颗中微子穿过,可是我们完全感觉不到。




故而想要利用一般物质阻挡中微子,基本上就是不可能。除非是引力大到无边,像黑洞一样捕获光子。或者说利用题目中说的中子态物质,比如中子星。这些中子态物质密度极高,中子之间的距离和原子核中中子的距离差不多,小于10^-15m,可以让中子一头装上去。而且这么高密度的中子物质,质量也极大,引力也极高,已经可以对中微子产生可观的吸引力了。


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