【中微子】寻找万物的本源：“幽灵粒子”中微子

宇宙中有一种神奇的粒子，能轻易通过各种物质，每秒有近1万亿个这种粒子通过身体，但我们完全看不出来。

关于中微子的探究历史，也是贯穿着整个近代科学的发展。而科学家坚信，对于中微子的研究将会让我们更加了解宇宙的过去和未来。

我们就来聊一聊这个目前科学家极其重视的中微子到底是咋回事。

中微子的提出

这事要从科学家研究β衰变说起。，所谓的β衰变，就是指原子核内中子转变为质子，同时释放出一个电子和一个中微子（当然，当时还没有发现中微子）的过程。

所以科学家就很纳闷，为什么β衰变过程中，电子只带走了一部分能量，而不是带走总能量，也就是说，整个过程能量和动量没守恒，而电荷守恒了。

这样的情况确实让很多科学家很崩溃，就拿爱因斯坦的强劲对手尼尔斯·波尔来说吧，这种“能量不守恒”的情况，差点都让他要放弃能量守恒定律。这也遭到了泡利的强烈反对。

到了一次国际核物理会议上，泡利就提出：

我们要坚信能量守恒定律，β衰变过程中，应该是有一种小质量的中性粒子将亏损的能量带走。

后来，费米就把这种粒子命名为：中微子。不过，当时的人其实一直都没有找到这种粒子存在的证据。

中微子的发展

当然，科学家始终没有放弃寻找中微子。但是，通过理论计算，科学家发现，中微子的质量很小很小，几乎接近于0，质量最大也就只有电子质量的百万分之一；而且它由于显现的是电中性，所以它又不会参与电磁相互作用；再加上中微子的穿透力极其强，想通过弱力捕捉到它的概率是极其低的，这概率有多低呢？我们来看一个数据：

一个中微子大概要在宇宙中穿行一光年的距离，才有大概二分之一的概率会和这段路径上的物质发生反应。

所以，想要捕捉中微子的难度可想而知，1956年，美国科学家莱茵斯和科万经过多年的努力之后，终于观测到了中微子的存在。

他们采用的方式是，利用核反应堆中产生的反中微子与质子发生反应，使得最终产生中子和正电子。反应式：

νe + p+ → n0 + e+

正电子会立马和电子发生湮灭，他们通过检测两个过程中产生的γ射线和利用一个的原子核来俘获中子，以及观测是否有反中微子参与了反应，来确定中微子的存在。

后来，到了1995年，这两位科学家也因此获得了诺贝尔物理学奖。

实际上，在1970年的时候，科学家也实现了首次利用氢气泡室观测中微子。

鬼魅的中微子

自从科学家确认了中微子的存在，许多科学家就开始更深入的研究。其中一部分研究就和太阳相关。太阳的核心其实是核聚变反应，但更具体的来说是质子-质子反应链，是由四个氢核聚变生产氦-4的过程。

在质子-质子反应中，每产生3个光子，就会有2个中微子产生。太阳中的中微子一旦产生，由于自身穿透力特别强，所以可以直接径直发出太阳，而光子则需要跌跌撞撞，到底太阳表面平均要10多万年的时间。

而太阳产生的大量中微子中，就有一部分会以接近光速的速度径直飞到地球上来的。地球面向太阳的区域，平均下来，每秒钟，每平方厘米，都会穿过大概650亿个太阳产生的中微子。

到了1967年，科学家雷蒙特·戴维斯就深达1500米的地下矿井中做实验，试图去捕捉太阳产生的中微子。

可问题是，无论他如何尝试，都只捕捉到了理论值的三分之一的中微子。当然，不止他遇到了这种事情，其他许多实验室也都遇到了类似的事情，其中就包括了日本的神冈中微子探测器。

同时，有这么多探测设备都遇到了同样的问题，那究竟是怎么回事呢？

中微子超光速了？

当时的人也很无奈，试图找寻各种理论进行解释，但都以失败而告终。直到一件可以载入史册的事情发生。这是在1987年2月23号的夜晚。有个编号为SN1987A的星体发生了超新星爆发。

全球各个中微子探测器都发现了高能中微子，而且这些中微子比光速还早了3个小时到达了地球。难道中微子超光速了？

实际上，并非如此，这种情况其实表明了，引力在坍缩之前，挤压了质子和电子的空间，电子简并力没有扛住引力，于是，产生了中微子。然后在引力的作用下，内核强烈地发生了核聚变反应，产生了光子，所以光子是晚于中微子的产生。

而更重要的是这次中微子的数量和理论值是相吻合的。同时这个发现也完善了超新星模型，让我们获得了超新星爆炸后会形成中子星的充足证据。

但是，太阳中微子的问题其实还是一直没有得到解决。到了2001年，加拿大萨德伯里中微子天文台通过SNO实验证实了失踪的太阳中微子转换成了其他的中微子。这是由于中微子其实有3种，分别是电子中微子、μ子中微子、τ子中微子。最早被发现的是电子中微子，而后两种也分别在1962年和2000年被发现。而科学家发现，有一种叫做中微子振荡的现象，不同种类的中微子可以相互转化。

而过去之所以直接收到三分之一的太阳中微子，是因为过去的实验设备是专门用来观测到电子中微子，所以才会只收到三分之一的太阳中微子。

后来提出中微子振荡的两位科学家，在2015年获得了诺贝尔物理学奖。

研究中微子的意义

关于中微子的研究，也催生了中微子天文学的产生，成为了目前非常前沿和热门的研究领域。就拿天文学家手里的武功秘籍宇宙微波背景辐射来说，它其实是宇宙大爆炸的余热，在宇宙大爆炸之后，38万年的时候，才开始在宇宙中传播。也就是说，通过宇宙微波背景辐射，我们可以知道宇宙38万年之后的历史，但前38万年的历史，我们是没办法知道的，这就可以通过观测“中微子”来实现。

中微子的观测能够让我们更加了解微观世界的物理现象，同时帮助我们完善天文学中，恒星，黑洞的相关模型，还能帮助我们掌握更多有关宇宙起源和演化的信息不过，中微子目前还存在很多没搞清楚的问题需要科学家们去解决。

关于“中微子”，我们就聊到这里。

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