最鬼魅的粒子,还会变身,科学家因为它都想放弃能量守恒定律( 二 )
反应产生的正电子遭遇电子就会灭。
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这两个过程都会产生γ射线,第一个反应还会留下一个中子。因此,他们就想,如果可以检测到这两个过程中的γ射线,并且能够捕获到中子,就可以确定反中微子的存在。
结果,他们还真的利用这种确认了中微子的存在,莱茵斯也因此在1995年获得了诺贝尔物理学奖。
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中微子振荡
虽然科学家确认了中微子的存在,但是中微子自始至终都像一个谜一样。为什么这么说呢?
科学家在地下矿井中建立了许多的实验室用来捕获太阳中微子,比如:日本神冈中微子探测器。
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科学家雷蒙特·戴维斯在1500米深的地下矿井中捕捉太阳中微子。但无论科学家如何调整设备,都只检测到的中微子数量只有理论预言的1/3。
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你可能要问了,为什么他们如此确定太阳会释放多少中微子?
实际上,科学家对于太阳内核的核反应机制已经非常的了解,他们发现,太阳每产生3个光子,就会伴随着产生2个中微子。
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而太阳每秒钟会损失420万吨的质量,这些质量会以能量的形式传播出来。通过理论计算,我们就可以知道,穿过地球的中微子有多少,仪器可以捕获多少。
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所以,没有找到的剩余的2/3的中微子到底哪里去了?
这个问题一直困扰着科学界,很多科学家提出了各种假说和理论,但看起来都不是很靠谱。到了1987年2月23号,这天晚上足以载入史册。日本神冈中微子探测器检测到了12个高能中微子散射电子的事例,按照记录来看,大概有1亿亿个中微子穿过了中微子探测器。不仅如此,世界各地的中微子探测器也检测到了类似的情况。后来,科学家利用智利拉斯坎帕纳斯天文台望远镜来观测大麦哲伦云,发现这里发生了一起超新星大爆炸。
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你可能要问,不就是一次超新星爆炸,有什么好奇怪的?
这次反常的是,观测到的中微子的数量和理论预期是相吻合的。所以,科学家就猜测,中微子应该不只有1种,而是应该有3种,而且这3种之间可以相互转化,科学家把这种情况叫做中微子振荡。我们之前观测到的只是其中一种,所以才只看到了理论预期的1/3。
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但这些仅仅是猜测,只有真的把它们都找到才行。这三种中微子一直到了2000年,才被全部找到了,分别是电子中微子,μ子中微子和τ子中微子。
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β衰变当中,伴随着β射线(电子流)所产生的是电子中微子。因此,伴随着μ子诞生的中微子就叫做μ中微子,伴随着τ子诞生的中微子就叫做τ中微子。
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到了2001,萨德伯里中微子天文台SNO证实了失踪的太阳中微子转化成了其他种类的中微子,成为了证明中微子振荡的最后一块拼图。
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而与中微子振荡研究相关的两个实验室的负责人,日本神冈中微子探测器的梶田隆章以及萨德伯里中微子天文台的阿瑟·B·麦克唐纳,在2015年因为发现中微子振荡而获得了诺贝尔物理学奖。
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中微子有什么用?
中微子以及中微子振荡的发现,也使得粒子物理学标准模型,仅剩下希格斯玻色子这一块拼图。但是补齐中微子这块,整整耗费了科学家一个世纪的时间。至今,我们还没有办法测准中微子的质量,它仍然是谜一样的存在,因此,即使到了现在,中微子的研究依然是最前沿的。在世界上有许多超大规模的中微子探测实验,其中包括中国、美国、日本等国的探测器,科学家甚至在南极建立了“冰立方”中微子实验。这些都是为了能够尽可能地了解中微子。
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