廣東江門中微子研究有望發(fā)現(xiàn)新物理

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2024-12-04 09:12:45 今日頭條

歷時9年多，位于中國廣東的江門中微子實(shí)驗(yàn)探測器主體于2024年11月20日全部建成，計劃明年正式運(yùn)行。消息一出，科技界對之高度關(guān)注。那么，讓科學(xué)家“興師動眾”的中微子是什么神秘物質(zhì)？為何要將中微子實(shí)驗(yàn)探測器的主體建在地下700米？通過它又可以開展哪些科學(xué)研究呢？我們請中國科普作家協(xié)會會員雷淼來說一說。廣東江門中微子研究有望發(fā)現(xiàn)新物理！

一樁“失竊案”引出中微子

中微子其實(shí)是一種被預(yù)言出來的基本粒子，這一設(shè)想的開頭，是一樁“能量失竊案”。

放射性元素有種現(xiàn)象叫作“β衰變”，即原子核里的中子會衰變?yōu)橘|(zhì)子，并放出一個電子（也稱β粒子）。英國物理學(xué)家查德威克在1914年通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，β粒子具有連續(xù)的能譜，也就是說，它的能量不是個確定值，而是從零到某一上限中的各種可能性都有，而它的兩個“兄弟”α粒子和γ射線總是乖乖地帶出確定的能量。這個現(xiàn)象令科學(xué)家大惑不解，既然β粒子不是次次都一樣，那么少掉的那些能量跑哪兒去了？

對于這樁“能量失竊案”，奧地利物理學(xué)家泡利主張，除了電子之外，β衰變還產(chǎn)生了一個當(dāng)時科技手段探測不到的極小中性粒子，帶著能量偷偷溜走了。1932年，美籍意大利物理學(xué)家費(fèi)米把泡利預(yù)言的假想粒子稱為“中微子”（Neutrino）。

1956年，美國物理學(xué)家萊因斯和柯溫在距離美國薩瓦納河反應(yīng)堆堆芯11米遠(yuǎn)的地下12米深處，用400升氯化鎘水溶液和4200升液體閃爍體搭建出當(dāng)時世界最大的中微子探測器，明確檢測到來自反應(yīng)堆的中微子，終于發(fā)現(xiàn)了這個“能量竊賊”。

如今，在地球上指甲蓋大小的面積，每秒就有600億個太陽中微子浩浩蕩蕩地通過。由于質(zhì)量極小的中微子表現(xiàn)不出什么引力，而弱相互作用的作用距離又極短，因此中微子在穿過一般物質(zhì)時基本不會受到阻礙。打個比方，穿過地球這么厚的物質(zhì)，100億個中微子可能只會被截住一個。

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