人體每秒有1000萬億個中微子穿越,宇宙中有什麼能夠阻擋它?

2020-12-03 時空通訊

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有人問:中微子極強穿透力,需要五光年鉛板才能擋住,若是用一公裡的中子態物質是否能夠擋住?為什麼?

沒有聽說用5光年鉛板就能夠擋住中微子這一說。能不能擋住中微子,不在於用鉛板還是水泥板,也不在於厚不厚,而是在於「中微子」有沒有興趣與你玩,或者說你有沒有這個本事拉住他。

據時空通訊通俗理解,中微子有三個明顯的特點:

這三個明顯特點就是小、孤、快。

小,就是中微子非常小,小到比光子可能大一點點,比電子小百萬倍,也就是小6個數量級。一般認為電子直徑在10^-15m,中微子約為10^-21m。因此它可以通過任何我們認知的最小縫隙;

孤,就是中微子很是孤傲,從來我行我素,幾乎正眼也不瞧任何物質,因此從來不受任何物質羈絆,穿越其中視若無物。別看鉛板密度很大,用高倍電子顯微鏡一看空著呢,足夠若干中微子排成橫隊穿越了。

其三,速度非常快,幾乎達到光速。曾經有一段時間科學家們認為,中微子速度超過光速,整個物理學理論都要改寫,後來發現是弄錯了,市實驗設備電纜線接頭故障導致,由此Opera的實驗室中心主任引咎辭職。

由於這三個特點,中微子就不但被稱為「宇宙隱身人」,還被稱為「鬼微子」。

中微子的發現。

上世紀二十年代,科學家們在對放射性研究過程中,發現在量子世界,能量的發射和吸收是不連續的規律。但物質在β衰變過程中釋放出電子組成的β射線能譜卻是連續的,而且電子只帶走了總能量一部分,還有一部分卻失蹤了。量子力學哥本哈根派領袖尼爾斯·波爾把這種奇怪現象定為:β衰變中的能量守恆定律失效。

如果真是這樣,很可能能量守恆定律就要改寫。但1931年泡利提出了一個觀點,有一種通過衰變產生的新粒子,很可能是帶走這部分能量的「小偷」,這個「小偷」與其他物質相互作用很弱,因此很難被發現。他開始把這種物質叫做「中子」,後來真正的中子被發現,這種粒子就被物理學家費米命名為「中微子」。

泡利是第一個預言中微子存在的人,在泡利預言二十多年後,1956年,美國萊因斯和柯萬在實驗中直接觀測到中微子,為此它獲得了1995年諾貝爾物理學獎。

這以後,科學界對中微子充滿了興趣,至少有6項與中微子相關的研究先後陸續獲得了諾貝爾物理學獎,這充分說明了中微子發現對自然規律認識一次大的飛躍。

中微子充滿著宇宙空間。

中微子的產生在宇宙中有多種方式,最主要有:宇宙大爆炸產生的原生中微子,至今仍然存在於宇宙每個角落,成為溫度很低的宇宙背景中微子;超新星大爆炸產生的中微子;恆星核反應產生的中微子;宇宙射線轟擊大氣層、星際雲、塵埃等介質的原子核產生的中微子等。

科學家們區分這些中微子是哪裡來的,主要是看它們的能量。比如太陽內部核反應每秒會產生10^38個中微子,但太陽產生的中微子最高能量只有50Mve以下,而科學探測接受到來自宇宙的中微子能量有很高的,最高達到1000TeV,是來自太陽中微子能量的10億倍。這種中微子主要來自超新星大爆炸、伽馬射線暴等宇宙頂級能量暴事件。

迄今為止,中微子是穿越人體最多的東西,不管白天黑夜,每時每刻都有大量的中微子穿越人體,每秒達到1000萬億個之多。

由於中微子不帶電荷,不與物質發生作用,很難探測到。

為了探測到中微子的蹤跡,美國威斯康星大學和加利福尼亞大學的科研人員,在南極冰原下面800米深處安裝了一臺暱稱叫「冰立方」的輻射探測器,目的是屏蔽掉來自宇宙的高能射線,這些射線會與物質發生交互作用,因此在地層中跑不多遠就被吸收了,而留下的就很可能是中微子。在地底下探測中微子,並不是抓住中微子,而是中微子通過裝置時會留下軌跡,科學家通過分析這些軌跡,就能夠得到中微子的一些基本信息。

2013年,這臺冰立方探測器探測到了數個高能中微子,能量達到30TeV以上,那個高於太陽能量10億倍的中微子就是在這裡探測到的。世界上還有很多中微子探測器,有的在地底下,有的在礦井裡,有的發射到了太空,都是根據中微子獨特的個性設計的,探測已經取得了許多進展。

中子星無法阻擋中微子的步伐。

理論上,100億個中微子只有1個會與物質發生作用,這樣物質再厚又有什麼作用呢?

鑑於中微子小、孤、快三個基本特點,中微子在太空中穿越,似乎從來還沒有什麼障礙。中子星雖然密度很大,巨大的自身引力把原子都壓垮了,整個星球壓成一個巨大的種子團,但它還是依靠中子簡併壓抵禦住了繼續坍縮。

何謂中子簡併壓?就是中子與中子之間有一種斥力,這種斥力使中子與中子之間拒絕靠在一起,產生了壓力,這樣就有了間隙。況且中子本身也並不是密密實實的,是由夸克組成,而夸克與夸克也是有間隙的。而中微子比中子小多了,又沒有電荷,不與中子交朋友,還不是目不旁視一通而過?

中子星的引力雖然很大,逃逸速度達到光速一半,但中微子速度非常接近光速,因此中子星引力也拿中微子毫無辦法。那麼這個世界沒有什麼能夠克制中微子嗎?不是,中微子還是有弱點的,既然有弱點,這個世界就有它相剋的東西。

弱相互作用使它誕生和輻射,引力相互作用最終讓它俯首稱臣。

中微子的弱點就是質量並不等於零、快不過光速、與引力有相互作用。研究認為,中微子由於不帶電荷,不參與電磁相互作用和強相互作用,但參與弱相互作用和引力相互作用。

既然中子星這個宇宙中引力的老二都制服不了中微子,就只有請老大出手了。宇宙食物鏈的頂端老大~黑洞,在其史瓦西半徑內,時空曲率達到無限大,沒有任何東西可以逃逸,光速也不例外。這樣,像中微子這種比光速還差那麼一點點的物質就只有束手就擒了。

因此,當中微子橫衝直撞中遭遇了黑洞,就歇菜了,會被黑洞引力所捕獲,被抓進黑洞史瓦西半徑以後,就只有乖乖的掉落到中心那個奇點中,化為烏有。

這就是中微子的剋星,除此之外,似乎沒有什麼東西可以阻擋中微子。

就是這樣,感謝閱讀,歡迎討論。

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