什麼是中微子?有什麼用呢?

2020-11-24 悟空科學世界

中微子,又譯作微中子,是輕子的一種,是組成自然界的、最基本的粒子之一,常用符號希臘字母v表示。中微子個頭小、不帶電,可自由穿過地球,它們只參與弱相互作用,這使得它們看起來沒有質量,但事實並非如此。

中微子具有質量,但由於它們與物質的相互作用極小,所以,很難加以計算。如果解決了這個問題,那麼我們就可以對整個宇宙的質量進行更詳細的研究,這將大大有助於宇宙學的計算。

計算中微子的質量是一項艱巨的任務。即使以基本粒子的標準來看,它也是微不足道的,它能讓你將穿透力提高到巨大的、幾乎無限的值。想像一下,一個幾百光年厚的鉛層——對中微子來說,它就像空氣一樣。因此,毫不奇怪,它們每秒都在你的身體裡自由穿梭,並且不會留下任何後果。

第一個提出中微子存在的人是理論物理學家沃爾夫岡·泡利,他是上世紀三十年代初基本粒子自旋的發現者。他發現,在中子的β衰變過程中,如果沒有其他粒子,那麼就無法實現能量守恆定律。隨後,它被稱為「小中子」。

直到1956年,在實驗過程中,科學家們才證明了這個粒子的存在。

太陽中微子

這些難以捉摸的粒子從何而來呢?你知道這是什麼?是的,是一顆恆星,還有一個巨大的熱核反應堆,進而產生了無數個中微子。其中,具體有多少,這是未知的,因為地球沒有全部接受來自太陽所產生的中微子。這是為什麼呢?科學家們認為,在到達地球的路上,一些中微子會簡單地轉化成其他類型的中微子。

這個假設已經被SNO(薩德伯裡中微子天文臺)間接地證明了。天文臺的研究人員已經發現了太陽發出的所有類型的中微子,並發現電子中微子僅佔其中的三分之一。這就證實了中微子的轉變。

中微子的速度沒有光速快

在研究過程中,有人提出,中微子的運動速度快於光速。著名的歐洲核子研究組織(CERN)進行了實驗,研究人員旋轉了對撞機(一種大型強子),發現這些粒子的速度比光速快了千分之一個百分點。

科學家們興奮地將他們的發現告訴了所有人,但這是一個錯誤。在對撞機上進行研究時,字面意思是「一根電纜脫落」,這影響了結果。在發現故障後,經過反覆的研究表明,中微子的速度明顯較低。因此,並沒有光速快。

中微子的應用

核反應過程的診斷。也許中微子最明顯的應用就是在核反應堆中。這一領域正在積極發展,並基於這些粒子正在創建各種傳感器,從而能夠實時監測核電站反應堆的功率,並了解其燃料的複合成分。

中微子天文學。在這裡,這些粒子並沒有真正被使用,而是被簡單地研究。在這個科學領域研究中,它的中微子不是來自太陽,而是來自其他更遙遠的恆星。通過這些研究,你可以發現甚至非常遙遠天體的屬性。因為任何恆星,其本質上都有一個熱核反應堆,它們都會發射出大量的中微子。在研究過程中,科學家發現,隨著恆星年齡的增長,它形成的粒子的數量在逐漸減少。在「臨終時刻」,恆星會失去高達90%的中微子,這就是為什麼中微子開始冷卻的原因。

地質學。中微子不僅能在恆星中形成,而且在某些化學元素的放射性衰變過程中也會形成,甚至在地球上也是如此。這就使得我們能夠更詳細地研究地球的地質組成情況,並在未來,將有助於確定最活躍的放射性熱釋放的地點。

通訊方式。在這一領域,中微子還沒有被真正使用,因為這些技術只停留在理論上。你已經知道中微子的穿透力有多大了,所以這就極大地促進數據在任何地方的傳輸,到地球的任何地方,甚至到達地表深處,而且信號的傳播速度也是很快的。

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