为研究宇宙最神秘粒子，科学家设计了1300千米长的地下实验

导语：科学探索是指对自然未知部分的探索性发掘。作为一种知识体系是科学研究活动的结果，掌握科学知识领悟科学本质发展科学探究能力，以便更好地促进科学和社会发展。

在南达科塔州戴德伍德一个废弃的金矿,已经开始建设可以说是世界上最大的科学实验室。大约1000名科学家组成的国际研究小组设计并运行这个项目——深地中微子实验（DUNE）——为了研究宇宙中最丰富的但难以捉摸的物质基本粒子。

在这一过程中，我们可能又更近了一步理解物质的起源和完成科学家宇宙是如何工作的模型。这就是为什么英国政府已经为该项目拨款6500万英镑，使英国成为仅次于美国的第二大资助国家。

粒子物理学家对中微子着迷，因为它们不同寻常的特性，这可能是直接关系可以解释宇宙结构的现象。中微子是不能被分解的基本粒子之一。他们到处都是，但非常难以捕捉，因为他们几乎没有质量，不带电，也绝少与其他粒子相互作用。

每秒大约有1000亿的中微子与你擦肩而过，但几乎所有中微子都是不留任何痕迹地穿过地球。大多数的中微子来自太阳的核子反应。中微子也有来自宇宙射线与大气反应，或爆炸的恒星。他们也在宇宙刚诞生时大量产生。

1300千米的实验

这意味着通过研究中微子和他们的配对物“反中微子”，我们也许能够找出宇宙的开始发生的事情，意味着它主要是由物质而不是反物质组成。建立实验探测中微子也可以帮助我们发现质子是否衰变，这是证明科学家的关于物理的大部分力都可以使用“大统一理论”来解释的关键证据。

为此，DUNE将从伊利诺伊州费米国家加速器实验室发射中微子束，沿着一条1300公里的地下轨道到达南达科他州桑福德地下研究设施。相比之下，用于寻找希格斯玻色子的圆形大型强子对撞机粒子加速器的周长是27公里，虽然DUNE的粒子会直接穿过地面，而不需要专门搭建一个隧道。

南达科他州桑福德研究实验室

检测中微子

中微子有三种类型，被称为:电子中微子，μ中微子和τ中微子。中微子将主要以μ中微子形式离开费米实验室，但他们可能改变或“振荡”向前。检测这些振荡将提供明确的关于中微子在宇宙的本质及其作用的问题的答案。

中微子可以通过光记录，电荷和它们接触进入液体时产生的粒子类型时检测到。当每个中微子到达时，它将创建一个对应于它类型的粒子。一个电子中微子，例如，将产生一个电子，而μ中微子将产生一个μ介子。那么我们如果我们可以检测到电子就可以知道μ中微子在中途改变了他们的类型。

DUNE将使用四个大型容器，每个包含10000吨液氩使温度保持在-186℃，这样探测的中微子比先前的实验精确度更高，之前实验使用的容器要么更小要么是装满水。实验在约一英里的地下进行，防止检测到由宇宙辐射轰击地球造成的假中微子信号。

发生在液氩中的中微子事件

在该实验使用的这种高灵敏度方法也将有助于探测太空中微子爆发。例如，在1987年 附近超新星导致了世界上所有的中微子探测器总共记录了25个中微子事件。DUNE能够在类似的超新星事件中约10秒钟周期内观察成千上万的微中子散射。分析这样一个中微子脉冲的组成和时间结构将彻底改变我们对超新星和中微子性质的理解。

揭开反物质的神秘性

所有这些能够该帮助我们回答关于中微子的几个关键问题，例如关于它们的质量。中微子是如此微小，它们的质量可能不是由大型强子对撞机(lhc)最近发现的希格斯玻色子创造，大部分其他基本粒子质量都是通过希格斯玻色子获得。相反，它们的质量可能来自重的反中微子并且在形成后很快衰减。

这些中微子可能在宇宙的早期演化中发挥了关键作用和还可以帮助解释为什么宇宙中物质多于反物质。

此外探测器中的大量氩包含许多质子，因此DUNE也是一个寻找质子衰变理想实验，我们当前的物理学的“标准模型”来描述的基本粒子, 质子是不可能衰变的。但许多大统一理论的科学家们来解释宇宙中所有的力量（引力除外） 放在一起预测，质子也会衰变，只是非常缓慢。

到目前为止，我们没有证据表明质子衰变，但如果真的发生,，那么DUNE应该能够检测和在毫米精度上定位它在液氩的位置。这可能有助于证明是否大统一理论是正确的，又能提供更多的线索关于与反物质相比物质占主导地位。

新的资金支持与来自世界各地的科学家们的共同努力下，将让实验步入正轨，在2024年DUNE记录第一个事件。这意味着在未来十年内我们可以解决一些宇宙中最大的谜团。

结束语：目前公认的对科学探索诠释是：对自然未知部分的探索性发掘。比较热门组成有：以星际探索、地球自身空间探索为代表的空间探索，地外文明探索、史前文明探索为代表的文明探索，以考古、考据为代表的历史探索，以人类学研究为主的人类文化探索等。