「宇宙幽靈」中微子到底有沒有質量,總量為什麼是其他粒子10億倍

2020-12-05 張野愛美麗

「宇宙幽靈」中微子到底有沒有質量,總量為什麼是其他粒子10億倍。在天然界中,中微子共有三種形態:電子中微子、繆子中微子、陶子中微子。它們雖然同屬構成物質世界的根基粒子,但因其極難探測,成為物理學界的「宇宙鬼魂」。中微子的質量極其微小,幾乎小於電子的百萬分之一。但其總量又非常龐大,聽說甚至比全數顯物質量的總和還要大。自中微子問世的半個多世紀以來,中微子到底有沒有質量不息是物理學界的一樁懸案。標準模子認為,中微子的質量應該嚴格便是零,但某些考試考試證據剖明中微子的質量很可能又不是零。20世紀90年月,小柴昌俊小組終於給出了中微子有靜止質量和振蕩幾乎鑿證據。這一成效在那時的國際物理界引起了很大抖動。

中微子的質量找到了,如今我們就可以睜開對宇宙膨脹機制的研究工作。前面說過,中微子的質量很是微小,小到只及電子的百萬分之一。但其總量又非常龐大,聽說甚至要比全數顯物質量的總和還要大。與其他粒子比力,中微子的數目比它們要多出數十億倍。這是由於宇宙能產生中微子的地方極多,比如超新星爆發、x射線雙星、高速質子流、塞弗特星系和類星體等不凡天體,都是產生中微子的超等大本營。

除此之外,像普及宇宙的太陽之類的通俗恆星,也同樣是中微子的起源地。雖然通俗恆星的產量遠不及不凡天體大,但由於此類恆星在宇宙中無可匹敵的數目上風,就必定要成為脫穎而出的一群「黑馬」。如今就從太陽起頭:當太陽內部的核聚變不竭地向外輻射光和熱時,它的2個氫核碰撞會釋放出1個電子和1個中微子,4個質子聚變為1個氦核時,會釋放出2個中微子。在整個太陽內部的聚變過程中,每秒所產生的中微子的數目竟然高達2×10

中微子不帶電,其靜止質量幾近於零,但核聚變所賦予它的勢能又很是之強大,以上三大特徵使中微子具有其他所有粒子都不具備的極強的穿透力。更令人驚奇的是,它具有長期保持其強度的不凡才能:聽說中微子不管跨越多大的歷史時空,其超強勢頭不息不減,這固然是既可貴又極其罕有的特點。但也並不必定如某些物理學家所預言和歌詠的那樣,說中微子甚至能一口吻連續穿越8千億個地球而毫髮無損,這種說法必定是錯誤的。並且恰是由於這類錯誤的前導發軔,攔阻了今後良多龐大事務的創造。

中微子的利益亦源於它極微小的標準和極怪僻的個性:若論其小,任何原子對它來說都無疑於一座空闊的山谷;若談其怪,它除了對引力能產生眇乎小哉的一點兒反響之外,和其他任何粒子都老死不相往來。所以多年來雖然人們對它青眼有加,但若認真想與其對話卻是難上加難。不外世上現實了局沒有絕對的事,中微子雖然桀驁不馴,卻終不免有失手露怯之處。專家測算,均勻每100萬個中微子穿越地球之時,仍然有1個會與地球大氣產生反響。若是這一推論精確,那麼這百萬分之一的中微子,就有可能是我們翻開宇宙之門的一把不凡的鑰匙。

不外這「獨一」的一把鑰匙也只能給人一點兒啟迪而無任何實際用處。由於經由計較,科學家創造把持大氣原子來否決中微子的打擊根柢行不通:對付中微子那極微小的標準,即使鎢和鉛那樣緻密的金屬都形同無物,空氣中鬆懈的分子、原子、質子、中子和電子若何能擋得住中微子的腳步?可是,中微子就真的可以在複雜的宇宙中橫行無忌嗎?時至今日,當代天文物理學確實是這麼認為的。他們固然不無事理,由於無論其標準和勢能,中微子幾乎具有橫行宇宙獨步全國的才能。可是他們健忘了其中最重要的一點:即「不管中微子有何等微小,它現實了局不為零,只需其質量不為零,就不成能逃走物理規則即引力對它的束縛」。換句話說,憑仗其極其渺小的標準,哪怕它可以隨意穿越恆星內部最緻密的空間,甚至有本事穿越連原子甚至質子都能被壓碎的白矮星和中子星,也毫不成能無視大質量恆星的引力中心。

與大質量恆星的引力中心那權力超凡的引力場比力,中微子再強的勢能也顯得眇乎小哉。所以雖然如今尚未曾做過任何一項哪怕最根基的物理考試考試,我仍然有絕對的把握斷言:通通恆星中心的引力場,都是中微子所無法超出的天然停滯。是以在引力尚佔主導職位的星球星系,一束中微子不遠萬裡地從宇宙深處飛來,俄然在大質量恆星中心的引力場中碰釘子,從而在該恆星與其起點之間產生了一個力矩。於是,宇宙的膨脹之門便從這裡開啟。

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