我們為何感覺不到每秒鐘穿過地球上萬億個的中微子

2022-02-23 12:52:36 字數 2250 閱讀 7522

1樓:溯源時空宇宙

中微子不帶電,質量小於電子的百萬分之一,以接近光速運動,與其他物質的相互作用十分微弱,以人類的感官來說,中微子等於不存在。

2樓:難掩的喜

因為那些東西太過於微小了,肉眼是無法看到的,根本接觸不到。

3樓:小張遊戲快報

因為中微子的速度太快了,超過了人們的反應速度,所以無從察覺。

4樓:匿名使用者

中微子的艱難發現歷程

進入19世紀後,隨著基礎理論的不斷完善和觀測技術的持續發展,現代物理學得到了飛速地提升,不過在19世紀和20世紀,科學家們一直以來都沒有發現中微子。中微子的發現**於對一個重大定律的「質疑」,那就是愛因斯坦的質能守恆定律。

當科學家們在進行原子的核裂變實驗研究時,總會發現存在著一定的質量虧損,愛因斯坦在質量守恆的基礎上,將物體的質量與能量進行了統一,提出了著名的質能守恆定律,從理論上將質量和能量都看作是描述物體基本屬性的特徵,並定量地表達了它們之間的對應關係,即e=mc^2,這個定律為人們更加深入地瞭解物體的本質以及運動對時空改變的規律提供了更加深化的認知途徑。

不過,後來科學家們在發現中子以後,對於中子在發生衰變為質子和電子的過程中,觀測到反應前後的質量和能量之和並非準確的對應,而是發生了一定程度的虧損,無論如何消除實驗誤差,這個觀測結果的不對應性一直存在,於是以玻爾為首的量子力學哥本哈根派代表,提出了中子在發生β衰變過程中並不遵循質能守恆定律,對愛因斯坦的質能方程提供了嚴重的質疑。

幸好有另外的科學家比如泡利,一直認為質能守恆定律是正確的,認為出現這種現象的原因應該是某種監測不到的物質帶走了部分質量和能量。隨後,費米在泡利等科學家觀點的基礎之上又進行了深入研究,通過應用量子力學理論,提出了費米子衰變的連續能譜公式,證明了在中子衰變過程中與電子同時產生了另外一種微觀粒子。還有科學家利用k-俘獲原子反衝試驗,也間接證明了中微子是存在的。

在日本神崗的地下,設定了一個儲存5萬噸純水的裝置,專門用來探測中微子,該項研究獲得了2023年諾貝爾物理學獎。2023年,在位於南極的地下,世界上最大的中微子探測器-冰立方,也探測到了中微子的存在。正因為中微子的極難觀測性,科學們家將其形象地稱為「幽靈粒子」。

中微子的特性

中微子不同於原子以及原子中的電子,它屬於輕子的一種,在原子結構中並沒有它的一席之地,只有當原子核的結構被打破時,「分散」開的微觀粒子再重新組合成原子時,中微子才會從中「悄無聲息」地出現。根據科學家們的研究,中微子具有以下幾個特殊的性質:

一是與中子既有相同的性質,也有根本性的不同。二者都屬於費米子,都具有二分之一自旋,有很強的自由性,不攜帶任何電荷,這也使得科學家們一度將中微子認為是中子。不過,二者也有明顯的差別,中微子屬於強子,而中子屬於輕子,有相對較大的質量,不在基本粒子的範疇之內。

二是中微子質量極小。構成物質的基本單位是1/2自旋的費米子,包括六種夸克和六種輕子,六種輕子中又包含著三種帶電輕子和三種不帶任何電荷的中微子。在粒子物理標準模型中質量最小的是電子,其數值約為9*10^(-26)克,而中微子的質量(三種中微子質量和)僅為5*10^(-32)克,只是電子質量的百萬分之一。

三是中微子幾乎不參與電磁相互作用。在宇宙的四種基本相互作用力中,力效最大的是強核力,其次是電磁力,第三是弱核力,第四是引力。由於中微子不帶任何電荷,不參與強核力以及電磁力的相互作用,同時由於其質量太過於微小,因此引力對其的作用也是可以忽略不計的,中微子只參與原子核結構發生改變時(比如β衰變)的弱核力作用。

四是中微子會時刻發生著改變。這種改變物理學中稱之為中微子振盪,也就是說無論用哪種先進的觀測方式,都只能觀察到1/3總量的中微子,後來科學家們相繼單獨發現了中微子存在的三種形態,證實了中微子時刻都在發生著3種狀態的互相轉化。

中微子具有極強的穿透性

正是基於上述中微子的特性,特別是不參與電磁相互作用,使得它的穿透性極強。我們知道,光線照射到一個物體上,有很大的機率被吸收,只有一部分發生反射和折射等,光子被吸收的主要原因就是參與了電磁作用,所攜帶的能量使得物體原子中的電子處於激發態,然後能量回落的過程中釋放出相應的能量,從而轉化為熱能。

中微子由於不帶任何電荷、沒有磁矩,再加上它的高度自由性,使得在行進的過程中基本不受外界的干擾而一直前進。另外,無論是地球、還是人體都是由原子所構成,而原子核與電子之間又擁有相對「空曠」的空間,這個空間的距離足以使速度極快、自由度極高、「惰性」十足的中微子穿過,而且還基本不受原子核中弱核力的影響。

據科學家推測,每一百億顆中微子在穿透物體原子的過程中,才可能會有1顆被吸收,由於其所攜帶的能量極低,所在即使被身體吸收,我們也察覺不出來,大部分中微子在身體裡都像走個「過場」瞬間穿過。即使是地球這樣的龐然大物,中微子穿透它也只需要0.02秒的時間。

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