中微子每秒钟撞击地球4200亿次,为何人类毫无感觉?

甜颖子


中微子

中微子是出了名的难找,这种粒子让许多科学家吃尽了苦头。要知道,同样是粒子,电子在19世纪末,就被汤姆逊找到了。

但是直到21世纪初,科学家才把三种中微子都找全。那为什么中微子这么难找?

我觉得总结下来,一共有3点:

  1. 质量极其小
  2. 不参与电磁相互作用
  3. 中微子振荡

我们一点一点聊:

质量极其小的中微子

我们现在知道中微子一共有三种,我们把这称为“三味”,2019年7月,3-D MegaZ DR7星系研究组曾发表他们测定的三味中微子的质量只和的上限是0.28 eV/c^2;

到了2013年,又有一个科学小组发布了他们的测定质量是0.23 eV/c^2;

到了2014年,基于普朗克卫星对于宇宙微波背景辐射的测定结果,这个数值改到估值为

0.320 ± 0.081 eV/c^2。

这是个什么概念呢?

我们先在理解一下什么是eV/c^2,这里eV其实是电子伏,是能量单位。在爱因斯坦的狭义相对论中,有一部分内容是质能等价,说的是质量和能量其实是一回事,它们之间是有对应关系的,可以通过质能方程E=mc^2来进行换算,如果我们简单的移项,就会得到m=E/c^2,看到了吧?这里的E/c^2就和上面中微子的质量后半部分是一样的。

我们说回到质量,在粒子物理标准模型当中,在轻子中,除了中微子之外,最轻的就是电子了,它的质量大概是0.511 MeV/c^2,这里M指的是兆,其实也就是英文million的意思,意思是百万,也就是代表10^6。

我们把它们的质量单位统一一下,再来比较一下:

三味中微子的质量只和:0.320 ± 0.081 eV/c^2。

电子的质量:5.11*10^5 eV/c^2。

这回感受到了吧?这差出了6个数量级

正是因为中微子质量实在太小,上世纪30年代左右,物理学家一直找不到它,但是他们发现,β衰变前后(也就是中子发生衰变,生成质子+电子+中微子,但是当时他们在产物没有找到中微子),咋出现了质量的缺失,就是找不到缺失的是什么。

为此,尼尔斯·波尔,量子力学哥本哈根学派的领袖,一生多次挫败爱因斯坦的物理学大神,甚至要放弃能量守恒定律。

不参与电磁相互作用

在自然界中,存在着四种相互作用,强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、引力。这四种相互作用是有作用范围和强度区别的。

其中强相互作用是最强的,但作用范围只有10^-15,只限于原子核的尺寸,电磁相互作用的强度仅次于强相互作用,弱相互作用属于比较弱的,排行老三,作用范围比强相互作用还要小。而引力则是强度最小的,我们之所以能够明显感受到引力,主要还是宇宙中的天体够大。

你拿一个磁铁就拿吸起来一个曲别针,其实这就说明,一个磁铁对于曲别针的电磁相互作用就强于地球对于曲别针的引力。

而中微子其实很特别,它首先不参与强相互作用。更重要的是它显示出电中性,不参与电磁相互作用,当然由于质量微乎其微,引力对于它的作用效果同样可以忽略不计的,所以中微子最大的特点就是只参与弱相互作用。

那这会带来什么问题呢?

我们都知道光子吧?光子撞到物质上消失了是因为什么呢?说白了,电子就是被吸收了,这其实就是电磁相互作用的结果。不参与电磁相互作用,意味着中微子可以非常随着地穿过原子,毕竟原子核只占原子1%都不到的空间,原子几乎可以视为空心的。而且即使中微子穿过原子核,也不一定会发生弱相互作用,而只是有一点概率会发生。

因此,中微子的穿透力特别强,我们的身体每时每刻都会穿过10万亿个中微子,但我们根本察觉不到。甚至有研究表明,中微子在宇宙中飞行1光年的距离,才有50%的概率会和这个路径上的物质发生反应。和中微子有类似效果的其实就是暗物质,也是不参与电磁相互作用和强相互作用,也是属于那种穿过你的身体,但你毫无察觉的东西。

中微子振荡

中微子不好找还有一个特别关键的情况,那就是中微子振荡。早期科学家观测太阳中微子,但是不管咋观测,都只观测到1/3的中微子,当然,当时只发现了一种中微子也就是电子中微子。后来,科学家陆续发现了另外两种中微子之后,才知道,原来三种中微子之间会互相转换。也就是说,电子中微子可能飞着飞着就变成了τ子中微子了在,这种神奇的事情也就只发生在中微子身上。

正是基于这三点,中微子特别难找到,并且显示出极其强大的穿透力,让我们很难感知到。科学家为了观测到中微子,可以说是费劲心机,一般这些观测实验室都要建在地下数百米甚至千米,这样才能排除宇宙射线的干扰,然后就是备足足够的纯水以及精密的实验设备,日本神冈中微子探测器就储存着5万吨纯水,这就是用来观测中微子的。


钟铭聊科学


中微子是一种不带电的最基本的粒子,在很长一段时间内科学家曾以为这种粒子没有质量,认为它是以光速穿过人体、地球。直到1998年日本科学家梶田隆章发现了中微子振荡,中微子振荡意味着中微子的质量不为零,它的速度就不可能达到光速。梶田隆章因此获得了2015年的诺贝尔物理学奖。

在粒子物理学“盛宴已过”的当今,对中微子的研究可谓是粒子物理学的最前沿,并且仍然有很多重要问题有待解决。比如几种中微子的质量分别是多少?这种问题是最根本的问题,有助于人类认识暗物质、暗能量、宇宙的起源与发展等。

中微子在宇宙中的数量仅次于光子,光子很容易被人体或其他物质吸收,而中微子几乎不会与任何物质发生作用。在你读到这句话的时候就有数以亿计的中微子穿过你的身体,而你却毫无察觉。因此中微子有了一个绰号叫“幽灵粒子”。

中微子不和物质相互作用,你就没法细致研究它。幸好在中微子大军中还会存在那么一两个中微子会和物质发生相互作用,这样科学家就可以建造猎网,把那一两个中微子捕捉到。这个过程就好比要挑出沙漠里的那一粒特殊的沙子,为了捕捉到那个中微子或者它留下的痕迹,科学家们建造的猎网往往非常庞大,有的是几千米的山洞,有的用到了一立方千米的纯水。里面布满着各种探测器去寻找中微子留下的痕迹。

即使用如此的庞然大物去守株待兔,可能也需要以年为单位的时间才能捕获到几个有用的信号。说得通俗一些,这几个信号就有可能让科学家拿到诺贝尔奖。可惜人的身体不能当作探测中微子的传感器,不然的话那就成了诺贝尔奖级别的事件发生在你身上,你却浑然不觉。


刁博


绝大多数读者都有过打针和输液的经历,输液时针对不同的人群护士会使用不同的针头,小孩使用的针头最细,成人使用的针头稍微粗一点,动物诊所给动物打针输液的针头则会更粗,针头越细,疼痛的感觉就会越轻,小孩使用较细的针头就是为了减轻打针时的痛苦。

中微子每秒撞击地球4200亿次,生活在地球上的人类却毫无感觉,主要原因是中微子太小了,从人体组织中的原子分子的间隙漏过去了,根本无法与人体组织进行作用,无法引起人体感觉神经末梢的反应。

辐射的具有隐蔽性

不仅中微子穿过人体时毫无感觉,比中微子更大的射线如伽马射线、贝塔射线、中子等穿透人体时,人体也毫无感觉,这也是人类受到辐射而无法自知的原因,与中微子不同的是,如果身体被伽马射线、中子等照射的时间较长,在组织中沉积较多的能量后,就会引起组织病变时,人类身体就会有所感觉,这就是辐射病。

图释:贝塔衰变释放中微子

文末简单科普下中微子

从上面可以的看到中微子简直像幽灵一样,人类到底是怎么发现的了,上世纪30年代,奥地利物理学家泡利在研究β衰变时,发现能谱的曲线与理论预计的不符,他就大胆预测β衰变过程一定还放出什么粒子了,这个粒子暂时还无法测到,但是却“偷走”了一部分能量,随后这种粒子被命名为中微子,直到1956年才在实验中直接观测到中微子,发现者莱因斯还获得了诺贝尔物理学奖。

图释:日本神岗中微子探测器

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核先生科普


我的回答很直接的,大家不要骂我哈。

一滴雨的质量平均在2~6克,是你微子的多少倍(搞忘了),那下暴雨的时候成千上万的雨水从万米高空落下来,你咋还是没多大点事呢?

铠甲勇士,变身→_→



XIAOXIAOXIAO杰


在你身体的每平方厘米上,每秒钟大约有1000亿个中微子穿过。中微子号称幽灵粒子,是粒子物理学中最神秘的粒子,在上世纪,科学家发现物质的β衰变过程,衰变前后不遵循动量守恒和能量守恒;为了解释这一奇怪现象,在1930年,物理学家泡利提出了一种微小的不带电粒子,也就是现在称作的中微子。20多年后,科学家才用实验证实了中微子的存在,实验原理是:在核反应堆中的物质,通过β衰变生成反中微子,然后反中微子和质子发生作用,生成中子和正电子;只有证明两个反应之间存在直接联系,就说明有一种未知粒子传递了能量和动量,该实验的科学家也因此获得1995年诺贝尔物理学奖。中微子不带电,所以不参与电磁相互作用,质量大约只有电子的千万分之一,所以中微子的万有引力作用非常弱,而且中微子不参与强相互作用。检测中微子唯一的手段,就是利用中微子参与弱相互作用,然后产生其他粒子来间接探测;可是弱相互作用在10^-18米(比质子直径还小1000倍)尺度有效,以至于中微子的穿透能力非常强,极难进行探测。在太阳内部进行的核聚变反应,就有大量的中微子生成,比如氕核的聚变方程为:1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV;其中v就是中微子,太阳产生的中微子最终会到达地球,据估计,每秒钟有1000万亿个中微子穿过人体,哪怕是在晚上也不例外,因为中微子可以轻松穿过地球,目前围绕中微子还存在很多谜团,比如质量之谜、速度之谜、中微子震荡之谜等等;或许有关中微子的问题,能解决现在天文学中的暗能量和暗物质谜团,以及揭示宇宙的演化过程。


90后爱吐槽


因为中微子太小了根本碰不到可以从中穿过去,就相当于宇宙飞船在宇宙里遨游一样。


小伟生活科普


因为太小,直接穿过,就像灰尘过渔网。


挥发的念


中微子穿过地球好像一口缝线针串过大孔铁线网,


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