它被稱為宇宙隱身人能自由穿過地球科學家苦苦找尋它20年

最新 07-19

它個頭小，不帶電，可自由穿過地球，與其他物質的相互作用十分微弱，號稱宇宙間的「隱身人」。

科學界從預言它的存在到發現它，用了20多年的時間。沒錯，它就是神秘的中微子。

2013年11月23日，科學家首次捕捉高能中微子，他們利用埋在南極冰下的粒子探測器，首次捕捉到源自太陽系外的高能中微子。

中微子的發現來自19世紀末20世紀初對放射性的研究。研究者發現，在量子世界中，能量的吸收和發射是不連續的。不僅原子的光譜是不連續的，而且原子核中放出的阿爾法射線和伽馬射線也是不連續的。這是由於原子核在不同能級間躍遷時釋放的，是符合量子世界的規律的。奇怪的是，物質在β衰變過程中釋放出的由電子組成的β射線的能譜卻是連續的，而且電子只帶走了總能量的一部分，還有一部分能量失蹤了。物理學上著名的哥本哈根學派領袖尼爾斯·玻爾據此認為，β衰變過程中能量守恆定律失效。

1930年，奧地利物理學家泡利提出了一個假說，認為在β衰變過程中，除了電子之外，同時還有一種靜止質量為零、電中性、與光子有所不同的新粒子放射出去，帶走了另一部分能量，因此出現了能量虧損。這種粒子與物質的相互作用極弱，以至儀器很難探測得到。於是，中微子，這貨被發現了！這貨給後來無數科學家帶來了榮耀的諾貝爾獎。

1956年，美國萊因斯和柯萬在實驗中直接觀測到中微子，萊因斯獲1995年諾貝爾獎。

1962年，美國萊德曼，舒瓦茨，斯坦伯格發現第二種中微子——μ中微子，獲1988年諾貝爾獎。

1968年，美國戴維斯發現太陽中微子失蹤，獲2002年諾貝爾獎。

1987年，日本神崗實驗和美國IMB實驗觀測到超新星中微子。日本小柴昌俊獲2002年諾貝爾獎。

1998年，日本超級神崗實驗以確鑿證據發現中微子振蕩現象。日本梶田隆章獲2015年諾貝爾獎。

10月6日17時45分，瑞典皇家科學院宣布將2015年諾貝爾物理學獎授予日本科學家梶田隆章和加拿大科學家阿瑟·麥克唐納，以表彰他們通過中微子振蕩發現中微子有質量這一研究成果。

具體過程

我們生活在一個中微子的世界中。在整個宇宙中，中微子的數量僅次於光子，是宇宙中數量最多的粒子之一。在抵達地球的中微子中，大部分都源自太陽內部的核反應過程。中微子幾乎以光速在宇宙中傳播，幾乎不與物質發生相互作用。但中微子在離開太陽向地球運動的過程中，一部分中微子會憑空消失，這成為困擾許多科學家的一道難題。

1998年，在深埋在地球深處的巨大設施中，成千上萬的機器眼等待著解釋中微子秘密的時機。通過實驗，梶田隆章所在的超級神岡探測器團隊證明，中微子似乎會發生身份「轉化」，當時探測器捕捉的中微子是在宇宙射線和地球大氣層的相互作用中誕生的。

而在地球的另一端，加拿大薩德伯里中微子觀測站的科學家們則在研究從太陽過來的中微子。2001年，阿瑟·麥克唐納所帶領的研究小組也證明了這些中微子同樣存在類似的轉變現象。

殊途同歸，二人的這兩項實驗結果導致了一種新現象的發現——中微子振蕩。值得一提的是，2012年中科院高能物理研究所利用我國大亞灣核反應堆群產生的大量中微子，發現了一種新的中微子振蕩，並測量到其振蕩幾率。

中微子振蕩這一研究解釋了中微子消失之謎，也就是說，中微子只是在飛行途中變身了，而並沒有消失。此外還帶來了一個影響深遠的結論：長期被認為沒有質量的中微子，其實是有質量的。

「這個結論無論是在粒子物理領域，還是我們對宇宙本身的理解，都具有開創性的意義!」中國科學技術大學近代物理學教授韓良說。

由於中微子與其他物質的相互作用極小，中微子的探測器必須夠大，以求能觀測到足夠數量的中微子。為了隔絕宇宙射線及其他可能的背景干擾，中微子的探測儀器時常設立在地底下。

這是位於南極站的「冰立方天文台」，

這是世界上最大的中微子探測器。多國研究人員21日在美國《科學》雜誌上說，他們利用埋在南極冰下的粒子探測器，首次捕捉到源自太陽系外的高能中微子。科學家評論說，中微子天文學從此進入新時代。中微子是一種神秘的基本粒子，不帶電，質量極小，幾乎不與其他物質作用，在自然界廣泛存在。它能自由地穿過人體、牆壁、山脈乃至整個行星，難以捕捉和探測，因而被稱為宇宙中的「隱身人」。

在基本粒子標準模型中，中微子的質量被假設為零，所以中微子都以光速運行。然而，最近幾年對中微子震蕩的確認已說明中微子的質量雖小，卻不為零，因此中微子的運行速度自然要小於光速。

中微子的實際運用

中微子可能的應用之一就是中微子通訊。由於地球是球面，加上表面建築物、地形的遮擋，電磁波長距離傳送要通過通訊衛星和地面站。而中微子可以直透地球，它在穿過地球時損耗很小，用高能加速器產生10億電子伏特的中微子穿過地球時只衰減千分之一，因此從南美洲可以使用中微子束穿過地球直接傳至北京。將中微子束加以調製，就可以使其包含有用信息，在地球上任意兩點進行通訊聯繫，無需昂貴而複雜的衛星或微波站。

應用之二是中微子地球斷層掃描，即地層CT。中微子與物質相互作用截面隨中微子能量的提高而增加，用高能加速器產生能量為一萬億電子伏以上的中微子束定向照射地層，與地層物質作用可以產生局部小「地震」，類似於地震法勘探，可對深層地層也進行勘探，將地層一層一層地掃描。

中微子