中微子到底有多強?五光年鉛板才可能勉強擋住!

上世紀50年代,科學家發現了100多種粒子,在當時被稱為粒子幼兒園。這麼多粒子,當時的物理學家甚至有點無奈,因為這麼多粒子簡直是無處安放,他們需要一個理論能夠把這些粒子統籌起來。我們國家的著名科學家楊振寧提出了一個規範場理論,就試圖去統一這些粒子。

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這套理論之後延伸出了粒子物理學標準模型。是距離我們這個時代最近的一次物理學革命,或者說物理學高峰。

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而在這100多種粒子當中,實際上,有一些就十分詭異。比如:夸克。我們如今還沒有辦法直接觀測到夸克的存在,根據目前的理論,夸克是被幽禁在了質子這類粒子當中。

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當我們轟擊質子時,轟擊的電子會呈現,通過分析電子的軌跡,我們可以斷定在質子中還有三個更小的粒子存在,也就是夸克。

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除了這種根本看不到的,其實還有特別難找的,比如:被稱為上帝粒子的希格斯玻色子。希格斯場是賦予粒子質量的場。

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除了夸克和希格斯玻色子之外,最難找的就是中微子,一直到2000年前後,我們才差不多搞清楚中微子的機理。而中微子之所以難找,很大程度上就是因為它自身特殊的屬性。所以,它也被稱為幽靈粒子。

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中微子

那中微子有啥特別的呢?

其實這個要從四大基本作用力說起。在宇宙中存在著四種基本作用力,分別是強力,弱力,電磁力,引力。

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其中強力和弱力是作用在原子核層面的,引力是物質之間彼此相互吸引的力。

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在我們日常生活中,除了引力之外,剩餘的都是電磁力。日常生活中,支持力,摩擦力的本質其實都是電磁力。甚至也包括我們看到東西,其實是物體發光,光子進入到眼睛裡,眼睛的細胞發生了電磁相互作用,再到後面成像以及神經系統信息的傳輸,本質上都是電磁力。

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科學家觀測宇宙的各種現象,本質上也是依靠電磁相互作用。那如果有個物體不參與到電磁相互作用,會如何呢?

如果我把這個物體朝著你扔過來,你就是超級守門員也接不住。因為,這個物體會直接穿過你。說白了,你要接住一個物體,或者拿住一個物體,實際上也是依靠的電磁相互作用。

所以,你大概也猜到了,中微子其實就是不參與到電磁相互作用的,這給我們捕捉它帶來了極大的麻煩。它可以在宇宙中穿行一光年,只有50%的概率會和這個路徑上的物質發生弱相互作用,這個一光年相當於繞地球2.4億圈。所以,它幾乎可以暢通無阻地在宇宙中穿行。

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每秒鐘都有巨多的中微子穿過地球,穿過我們的身體。比如:每秒鐘就有十億個中微子穿過我們的手指,但我們並不得而知,這其實就是因為中微子不參與電磁相互作用。

中微子神奇的地方還不止於此,它其實是質量最小的粒子,比電子的質量還要小,至今我們還不能夠準確地測量出中微子的質量,有科學家估算,它的質量上限只有電子的百萬分之一,要知道電子質量極其小的基本粒子了。曾經量子力學的宗師級科學家波爾,就因為實驗中苦苦尋找不到“缺失的微小質量”,甚至開始懷疑堅如磐石的能量守恆定律。

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正是因為中微子又不參與電磁相互作用和引力作用,只是極小小概率地參與到弱相互作用。因此,縱使它的數量龐大,但我們依舊很難捕捉到它,只能任它大規模地穿過地球。

但這還不是最神奇的,更神奇的是,中微子還會變身。我們目前所知道的中微子一共有三種,分別是電子中微子,τ子中微子、μ中微子。

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當中微子在宇宙中穿行時,會在這三種類型中相互轉化,這也被稱為中微子振盪。

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所以,在相當長的一段時間裡,科學家就一直找到了理論值1/3的中微子,這個問題困擾了科學家很久很久。這也是為什麼人們管它叫做幽靈粒子的原因。

總結

中微子是粒子世界中很奇葩的存在,它不參與到電磁相互作用和引力,只有極其低的概率參與到弱相互作用。而且它還會發生中微子振盪,在三種中微子中不斷地轉換。基於這些原因,讓科學家感到極其的鬼魅,因此被稱為幽靈粒子。也正是因為這個屬性,中微子可以自由地穿過宇宙中的各種天體。



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