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人體每秒有1000萬億個(gè)中微子穿越,宇宙中有什么能夠阻擋它?

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有人問:中微子極強(qiáng)穿透力,需要五光年鉛板才能擋住,若是用一公里的中子態(tài)物質(zhì)是否能夠擋住?為什么?

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,不在于用鉛板還是水泥板,也不在于厚不厚,而是在于“中微子”有沒有興趣與你玩,或者說你有沒有這個(gè)本事拉住他。

據(jù)時(shí)空通訊通俗理解,中微子有三個(gè)明顯的特點(diǎn):這三個(gè)明顯特點(diǎn)就是小、孤、快。

小,就是中微子非常小,小到比光子可能大一點(diǎn)點(diǎn),比電子小百萬倍,也就是小6個(gè)數(shù)量級(jí)。一般認(rèn)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(rèn)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(zhì),因此從來不受任何物質(zhì)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(duì)穿越了。

其三,速度非常快,幾乎達(dá)到光速。曾經(jīng)有一段時(shí)間科學(xué)家們認(rèn)為,中微子速度超過光速,整個(gè)物理學(xué)理論都要改寫,后來發(fā)現(xiàn)是弄錯(cuò)了,市實(shí)驗(yàn)設(shè)備電纜線接頭故障導(dǎo)致,由此Opera的實(shí)驗(yàn)室中心主任引咎辭職。

由于這三個(gè)特點(diǎn),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(fā)現(xiàn)。上世紀(jì)二十年代,科學(xué)家們?cè)趯?duì)放射性研究過程中,發(fā)現(xiàn)在量子世界,能量的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的規(guī)律。但物質(zhì)在β衰變過程中釋放出電子組成的β射線能譜卻是連續(xù)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(xué)哥本哈根派領(lǐng)袖尼爾斯·波爾把這種奇怪現(xiàn)象定為:β衰變中的能量守恒定律失效。

如果真是這樣,很可能能量守恒定律就要改寫。但1931年泡利提出了一個(gè)觀點(diǎn),有一種通過衰變產(chǎn)生的新粒子,很可能是帶走這部分能量的“小偷”,這個(gè)“小偷”與其他物質(zhì)相互作用很弱,因此很難被發(fā)現(xiàn)。他開始把這種物質(zhì)叫做“中子”,后來真正的中子被發(fā)現(xiàn),這種粒子就被物理學(xué)家費(fèi)米命名為“中微子”。

泡利是第一個(gè)預(yù)言中微子存在的人,在泡利預(yù)言二十多年后,1956年,美國萊因斯和柯萬在實(shí)驗(yàn)中直接觀測(cè)到中微子,為此它獲得了1995年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

這以后,科學(xué)界對(duì)中微子充滿了興趣,至少有6項(xiàng)與中微子相關(guān)的研究先后陸續(xù)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),這充分說明了中微子發(fā)現(xiàn)對(duì)自然規(guī)律認(rèn)識(shí)一次大的飛躍。

中微子充滿著宇宙空間。中微子的產(chǎn)生在宇宙中有多種方式,最主要有:宇宙大爆炸產(chǎn)生的原生中微子,至今仍然存在于宇宙每個(gè)角落,成為溫度很低的宇宙背景中微子;超新星大爆炸產(chǎn)生的中微子;恒星核反應(yīng)產(chǎn)生的中微子;宇宙射線轟擊大氣層、星際云、塵埃等介質(zhì)的原子核產(chǎn)生的中微子等。

科學(xué)家們區(qū)分這些中微子是哪里來的,主要是看它們的能量。比如太陽內(nèi)部核反應(yīng)每秒會(huì)產(chǎn)生10^38個(gè)中微子,但太陽產(chǎn)生的中微子最高能量只有50Mve以下,而科學(xué)探測(cè)接受到來自宇宙的中微子能量有很高的,最高達(dá)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(jí)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(shí)每刻都有大量的中微子穿越人體,每秒達(dá)到1000萬億個(gè)之多。

由于中微子不帶電荷,不與物質(zhì)發(fā)生作用,很難探測(cè)到。為了探測(cè)到中微子的蹤跡,美國威斯康星大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)的科研人員,在南極冰原下面800米深處安裝了一臺(tái)昵稱叫“冰立方”的輻射探測(cè)器,目的是屏蔽掉來自宇宙的高能射線,這些射線會(huì)與物質(zhì)發(fā)生交互作用,因此在地層中跑不多遠(yuǎn)就被吸收了,而留下的就很可能是中微子。在地底下探測(cè)中微子,并不是抓住中微子,而是中微子通過裝置時(shí)會(huì)留下軌跡,科學(xué)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(tái)冰立方探測(cè)器探測(cè)到了數(shù)個(gè)高能中微子,能量達(dá)到30TeV以上,那個(gè)高于太陽能量10億倍的中微子就是在這里探測(cè)到的。世界上還有很多中微子探測(cè)器,有的在地底下,有的在礦井里,有的發(fā)射到了太空,都是根據(jù)中微子獨(dú)特的個(gè)性設(shè)計(jì)的,探測(cè)已經(jīng)取得了許多進(jìn)展。

中子星無法阻擋中微子的步伐。理論上,100億個(gè)中微子只有1個(gè)會(huì)與物質(zhì)發(fā)生作用,這樣物質(zhì)再厚又有什么作用呢?

鑒于中微子小、孤、快三個(gè)基本特點(diǎn),中微子在太空中穿越,似乎從來還沒有什么障礙。中子星雖然密度很大,巨大的自身引力把原子都?jí)嚎辶?,整個(gè)星球壓成一個(gè)巨大的種子團(tuán),但它還是依靠中子簡(jiǎn)并壓抵御住了繼續(xù)坍縮。

何謂中子簡(jiǎn)并壓?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(chǎn)生了壓力,這樣就有了間隙。況且中子本身也并不是密密實(shí)實(shí)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(dá)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。那么這個(gè)世界沒有什么能夠克制中微子嗎?不是,中微子還是有弱點(diǎn)的,既然有弱點(diǎn),這個(gè)世界就有它相克的東西。

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(diǎn)就是質(zhì)量并不等于零、快不過光速、與引力有相互作用。研究認(rèn)為,中微子由于不帶電荷,不參與電磁相互作用和強(qiáng)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(gè)宇宙中引力的老二都制服不了中微子,就只有請(qǐng)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(nèi),時(shí)空曲率達(dá)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么一點(diǎn)點(diǎn)的物質(zhì)就只有束手就擒了。

因此,當(dāng)中微子橫沖直撞中遭遇了黑洞,就歇菜了,會(huì)被黑洞引力所捕獲,被抓進(jìn)黑洞史瓦西半徑以后,就只有乖乖的掉落到中心那個(gè)奇點(diǎn)中,化為烏有。

這就是中微子的克星,除此之外,似乎沒有什么東西可以阻擋中微子。

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