每秒有亿万个中微子穿过你的身体,为什么你感觉不到?

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

规范场

物理学研究物质和物质相互作用的一门学问。在古希腊时代,人类其实就已经在思考自然万物,他们当时主要从两个角度出发,第一个角度就是思考构成物质的基本单位是什么?第二个角度则是探测万物的本质规律。实际上,如今的物理学也是从这两个角度来思考万物。

在第一个角度中,先是泰勒斯提出万物的本原是水,后来又有很多人提出不同的想法,其中最有名的当属德谟克利特提出的原子论,他认为万物的本源是原子和虚空。多说一句,德谟克利特是从哲学层面来思考,他提出的“原子”和我们如今的原子是不一样的。

而在第二个角度当中,古代的科学并没有走得太远。关于两个问题的突破一直到了近代。科学家发现了很多粒子,其中一部分被称为基本粒子,比如:夸克,电子,它们不能再被切分。除此之外,它们还发现,物质之间存在着四种相互作用,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用和引力相互作用。

这些作用是通过一种叫做“场”的物质来实现的,其中强相互作用和弱相互作用力是在原子核层面的相互作用,日常生活中除了引力之外,我们所接触到的作用都是电磁相互作用,这套理论如今我们也叫做规范场论

而在众多的基本粒子当中,就存在着一种很鬼魅的基本粒子,它就是中微子。科学家波尔因为它甚至差点放弃了能量守恒定律。那到底是咋回事呢?

中微子

中微子之所以鬼魅,最核心的原因有两点:

穿透力极其强特别善变我们先说为什么中微子的穿透力很强。正如上文说到的,在自然界中存在着四种相互作用,这四种相互作用当中,强相互作用是最强的,其次是电磁相互作用,再然后是弱相互作用,最后是引力相互作用。

我们平时觉得引力很大,主要是因为地球大。试想一下,如果你拿一块磁铁,其实就可以把曲别针给吸起来,也就是说,一个磁铁的提供的电磁相互作用就比地球提供的引力要大。所以,实际上引力很小很小。

有趣的是,中微子不参与到强相互作用当中,它因为不带电,它也不参与到电磁相互作用当中。它的质量极其小,小到如今我们还测不准它的质量。本来电子的质量就足够小了,而中微子很可能只有电子百万分之一的质量。所以它也几乎不参与引力相互作用。它只有极其低的概率会参与到弱相互作用。要知道,弱相互作用本身就极其微弱。这就使得它的穿透力极其强,科学家发现,中微子在宇宙当中传播1光年,只有50%的概率会和这个路径上的物质发生反应。太阳在燃烧过程中,每次产生3个光子,就会伴随着2个中微子产生。

因此,每时每刻都有许多来自于太阳的中微子来到地球,它们往往都是直接穿过地球,地球在它们目前就好像是小透明一样。我们的身体,每秒钟就有亿万个中微子穿过,而我们却一无所知。

除了穿透力极强,中微子还很“善变”,这也给科学家造成了很大的困扰。科学家发现,仪器探测到的中微子总是理论值的1/3,他们甚至怀疑是不是理论出现了错误。后来,科学家就发现,之所以会这样是因为中微子实际上存在3种,而且中微子在传播过程当中,还会发生相转化。说白了,就是3种中微子之间来回变化,所以我们永远只能测到理论值的1/3。这三种中微子分别叫做电子中微子、μ子中微子,τ子中微子。

由于中微子不参与电磁相互作用,而光子是参与到电磁相互作用的,宇宙早期是混沌一片的,光子由于受到电磁相互作用的束缚,所以没有在宇宙中开始传播,因此通过研究中微子,科学家可以了解到宇宙早期的演化,为此还出现了中微子天文学的细分学科。

为了探测它,科学家只能在地下1000-3000米处设立探测器,许多的大国在这方面都有投入,比如:南极冰面下2.44公里处就有冰立方中微子望远镜。

再比如:在日本,有在地下1000多米处的超级神冈探测器,为了探测中微子,这里储存着5万吨高度纯净的水。

对于中微子的探测,已经产生了多位诺贝尔奖获得者,相信未来对中微子的研究,势必会带来物理学和天文学的革命。

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论) “”
   
验证码:

相关文章

推荐文章