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能量守恒定律失效?中微子的存在困扰科学家26年,能轻易穿透人体

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牛顿建立了经典力学体系后,物理学家的注意力都放在了宏观世界上。过了两个世纪,科学家们意识到宏观世界的许多现象,都和微观世界有联系,我们得去深入了解微观世界。于是,基本粒子正式出场。1897年,电子被发现,质子等基本粒子陆续被发现。想找到一个基本粒子有个简单的办法,以实验中不寻常的现象为突破口。

中微子就是这样被发现的,它的存在差点让科学家认为能量守恒定律失效了,这是怎么回事?在量子力学中,量子跃迁是对微观粒子的状态发生改变时的描述,从初态变成末态,完全是跳跃式的,并不连续。原子核在跃迁时释放出来的辐射也是不连续的,这一切都被科学家视为铁律。

可就在科学家观察β衰变时,发现释放出来的射线是连续的。而且能量不守恒,不知为何,有一部分能量凭空消失了。光靠一个电子是带不走这么多的能量的,量子力学奠基人玻尔认为,β衰变打破了能量守恒定律,这是一个例外!泡利却表达了反对意见,他说能量守恒定律绝不会出错,应该是某种我们看不见的微观粒子悄悄带走了那部分能量!

他还真的说对了,β衰变的本质是原子核里面的中子变成质子,同时对外释放出一个电子和中微子,两者都将携带一部分能量。但中微子那时候没有被发现,所以玻尔误认为能量守恒定律失效了。

科学家和中微子的故事才刚刚开始,既然提出了一种新的基本粒子,我们就得找到它。猜猜找到中微子过了多少时间?答案是26年,1956的时候,中微子才被证实存在。当科学家真正了解到中微子的特性时,他们都说这是种“幽灵粒子”。

中微子的主要特点就是速度快和质量小,电子的质量已经够小了,中微子比它差足足6个数量级,是小到不能再小了,也难怪科学家找了二十多年才找到它。中微子也不参与其他三个相互作用,它只参与弱相互作用,没什么存在感。

它的速度接近光速,这还是现在的结果,刚发现它的时候,科学家都认为它超过了光速。宇宙空间里面遍布着中微子,离我们不远的太阳,就是太阳系内中微子的主要来源。核聚变反应发生的时候,每诞生3个光子就会诞生2个中微子。中微子的速度和质量决定了它的穿透力特别强,光子慢吞吞地来到太阳表面,中微子都冲出太阳系了。

不管你是在睡觉,还是在走路,每秒钟都有超过10万亿个中微子穿透你的身体,你还一点感觉都没有。不过这些中微子都是普通的中微子,要是换成高能中微子,我们可能会受到损伤。高能中微子往往和伽马射线有关,能量超过了普通的中微子。

中微子难以观测,又有穿透力,宇宙中还有能挡得住它的东西吗?黑洞就是中微子的克星,其引力能吞噬光线,中微子的速度还不如光速,自然逃不过黑洞的捕捉了。

值得一提的是,人为捕捉中微子的难度相当高,实验室无一例外都建造在了几百米深的地下。因为中微子容易受到宇宙射线的干扰,唯有在地底,宇宙射线的干扰才能降到最小。日本的神冈中微子探测器于1987年时,首次捕捉到了超新星爆发产生的高能中微子,1998年时又观测到了中微子振荡现象。

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