西班牙科學家用中微子給地球做給「X光照影」

如果我們想知道地球的內部結構，應該怎麼辦？地球如此龐大，現在還沒有能裝下它的X掃描儀或核磁共振成像掃描儀，因此西班牙的一群物理學家另闢蹊徑——利用穿透地球的亞原子粒子給地球來個內部成像。

該團隊使用的是中微子——甚至重新精確測量出了我們星球的質量。

中微子是一群奇怪的小東西。它們是宇宙中最豐富的粒子之一，但很難被勘測到。它們與電子類似，但本身不帶電荷，質量有幾乎為零，因此它們幾乎不與正常物質發生相互作用。

此時此刻，數十億的中微子正穿過你的身體——所以，它們的諢名是「幽靈粒子」。

雖然歷史上，我們對中微子的勘測探測工作始終不大理想，但南極洲的IceCube中微子探測器已經勇敢地為我們打開了一扇通往新(亞原子)世界的大門。

使用IceCube這一年的觀測數據，西班牙瓦倫西亞的物理研究所(IFIC)的物理學家們甚至能夠藉此描繪出地球的內臟。

它的工作方式幾乎與X射線完全相同。當您進行X光照影時，射線會穿過您的身體。它們大多通過的是肌肉和器官等軟組織。然而，密度更高的部位，如骨骼，會「遮擋」住X射線，因此在身體另一側的接收屏上留下陰影，從而產生骨骼的圖像。

西班牙團隊使用的是中微子，而不是X射線；當來自太空的高能粒子撞擊地球的大氣層時，爆發出中微子。然後中微子繼續穿過我們的星球——但有一定概率會被它經過材質的原子核吸收。

材料密度越高，吸收效率也就越高；反過來，研究團隊可以通過中微子的通過率測算出地球的密度。

IFIC物理學家Sergio Palomares-Ruiz解釋說：「大氣中微子有個好處，就是速度分布在各個方向上，同時具有足夠多樣的能量值和足夠精確的已知通量。大氣中微子通量的吸收比率取決於其所穿過物質的數量以及中微子的能量，因此通過研究攜帶不同能量的中微子在不同方向上的吸收率的變化，我們可以確定出地球的密度。」

此處「不同角度」是非常重要的條件。一些中微子徑直穿過地球的核心，而其他中微子則斜向擦過地核。

分析中微子的速度方向以及單位面積上數量的變化，為團隊提供了計算地球不同深度處密度的工具。

傳統上，我們從地震產生的地震波推斷出地球的密度。然而，地震波無法穿透地心內核。

「中微子提供了地球未被我們所知的寶貴信息，地球的磁性就來源於這未知之處。」IFIC物理學家 Andrea Donini說。

好吧，關於我們的地球，該團隊並沒有發現任何新的知識。地球內部的密度結構，行星的質量和慣性矩確實都是使用中微子數據計算出來的——但與以前用其他方法測量的結果一致，而且也不太詳細。

但研究的意義不在於此——而是「我們可以用中微子來做些什麼」。西班牙的物理學家的做法可以說是開創性的，結果令人敬畏。

「我們的研究證明了使用這種方法來研究地球內部結構的可行性，它是對傳統地球物理學方法的補充。」研究人員在他們的論文中寫道。您可以點擊此處，查看論文。

目前相對來說，中微子數據仍然稀少；研究人員希望他們的研究能夠促成IceCube的升級，以及未來幾年裡發展出更多的中微子應用手段。

論文被刊發在Nature Physics。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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