為甚麼物理學家一直在堅持不懈的尋找最奇怪的幽靈粒子
25 觀看·2023年12月25日
每一天,每一秒,你都被来自太空深处的数以万亿计的亚原子粒子轰炸,它们像宇宙飓风一样穿过你,以接近光速的速度冲击。它们从天空的各个角落,不分昼夜地涌来。它们像黄油一样穿透地球的磁场和我们的保护层。然而,你头顶上的头发却没有被吹乱。
这是怎么回事?这些微小的子弹被称为中微子,这个词是由杰出的物理学家恩里科·费米在1934年创造的。这个词是意大利语中“小中性的”一词的模糊说法,它们的存在是为了解释一种非常奇特的核反应。有时候,元素会感觉有点……不稳定。如果它们被单独放置太久,它们就会分裂并转变成另一种东西,一种在元素周期表上稍微轻一点的东西。此外,还会弹出一个小电子。但是在20世纪20年代,对这些衰变的仔细和详细的观察发现了微小的差异。过程开始时的总能量比出来的能量稍微大一点。数学不合理。奇怪。
于是,一些物理学家凭空造出了一种全新的粒子。一种能带走缺失的能量的东西。一种小的,轻的,没有电荷的东西。一种能够悄无声息地穿过他们的探测器的东西。
一个小的,中性的东西,一个中微子。
每一天 每一秒
你都被來自太空深處的
數以萬億計的亞原子粒子轟炸
它們像宇宙颶風一樣穿過你
以接近光速的速度衝擊
它們從天空的各個角落
不分晝夜地湧來
它們像黃油一樣穿透地球的磁場
和我們的保護層
然而 你頭頂上的頭髮
卻沒有被吹亂
這是怎麼回事
這些微小的子彈被稱為中微子
這個詞是由傑出的物理學家
恩里科費米在1934年創造的
這個詞是意大利語
中小中性的一詞的模糊說法
它們的存在是為瞭解釋一種
非常奇特的核反應
有時候元素會感覺有點不穩定
如果它們被單獨放置太久
它們就會分裂
並轉變成另一種東西
一種在元素週期表上
稍微輕一點的東西
此外 還會彈出一個小電子
但是在20世紀20年代
對這些衰變的仔細和詳細的觀察
發現了微小的差異
過程開始時的總能量
比出來的能量稍微大一點
數學不合理
奇怪
於是一些物理學家
憑空造出了一種全新的粒子
一種能帶走缺失的能量的東西
一種小的 輕的 沒有電荷的東西
一種能夠悄無聲息地
穿過它們的探測器的東西
一個小的 中性的東西
一個中微子
它們的存在要到幾十年後纔得到證實
它們就是這麼滑溜
狡猾 鬼鬼祟祟的
但是在1956年
中微子加入了已知的
被測量的
被證實的粒子的龐大家族
然後事情變得奇怪了
麻煩的開始是在發現了子
這恰好發生在中微子的想法
開始流行的同一時期
20世紀30年代
子幾乎和電子一模一樣
同樣的電荷
同樣的子泉
但它在一個關鍵的方面不同
它更重
比它的兄弟姐妹
電子重200多倍
子參與它們自己特有的反應
但不會持續很久
由於它們的驚人體積
它們非常不穩定
很快就會衰變成一堆更小的碎片
這一切都很好
那麼子為什麼會和中微子的故事有關呢
物理學家注意到
暗示中微子存在的衰變反應
總是會彈出一個電子
而不是一個子
在其他反應中
子會彈出而不是電子
為瞭解釋這些發現
他們推斷
中微子總是和電子
在這些衰變反應中匹配
而電子
子必須和一種尚未發現的
中微子類型配對
畢竟氫電子的中微子
無法解釋
來自子事件的觀察結果
怪異物理學
自然界中最酷的小粒子
於是
他們繼續尋找
一直尋找
直到1962年
物理學家們才最終鎖定了
第二種中微子
它最初被稱為Nutrital
但更理性的頭腦佔了上風
用一種叫做子中微子的方案來命名它
因為它總是在反應中和子配對
好吧
所以有兩種已經確認的中微子
自然界還有更多的東西等著我們嗎
1975年
斯坦福直線加速器中心的研究人員
勇敢地篩選了大量的單調數據
揭示了一種比敏捷的電子
和沉重的子更重的兄弟
龐大的子
它的質量是電子的3500倍
這是一個很大的粒子
所以問題立刻變成了
如果有三種粒子
電子
子和子
是否還有第三種中微子
與這個新發現的生物配對
也許有
也許沒有
也許只有兩種中微子
也許有四種
也許有17種
自然界並沒有完全符合我們以前的期望
所以現在也沒有理由開始
跳過許多令人毛骨悚然的細節
在幾十年的時間裏
物理學家們用各種實驗和觀察說服自己
第三種中微子應該存在
但直到千年之交
2000年
費米實驗室專門設計的一項實驗
纔得到足夠的證實
纔有權力聲稱檢測到了
那麼我們為什麼如此關心中微子呢
為什麼我們追逐它們超過70年
從二戰前到現在
為什麼幾代科學家都對這些小的
中性的東西如此著迷
原因是中微子繼續超出我們的期望
很長一段時間
我們甚至不確定它們是否存在
很長一段時間
我們相信它們是完全沒有質量的
直到實驗令人惱火的發現
它們必須有質量
確切地說
多少仍然是一個現代問題
而且
中微子在旅行時有著改變性格的討厭習慣
沒錯
當一個中微子在飛行中
它可以在三種味道之間切換面具
甚至可能還有一種中微子在那裏
它不參與任何通常的相互作用
一種被稱為無味中微子的東西
物理學家們正飢渴地尋找它
換句話說
中微子不斷挑戰我們對物理學的一切認識
如果有一件事我們需要的話
無論是過去還是未來
那就是一個好的挑戰

