铁齿铜牙纪晓岚

奇妙的中微子：物理学家一直在寻找的幽灵粒子_我的网站

辛普森一家

A | 评论发表。1月15日，据外媒报道，每天的每一秒，你都会受到来自宇宙深处数万亿次原子粒子的攻击。它们在宇宙飓风中穿过你的身体，以接近光速的速度轰击。

B | 它们来自整个天空，很容易在白天或晚上穿越地球的大气层。然而，我们并没有意识到这一切，似乎是无害的。到底发生了什么？这些微小的电中性粒子叫做中微子。1934年，著名的美籍意大利物理学家恩里科·费米提出了这个术语。在意大利语中，“中微子”的字面意思是“微小的电中性粒子”。中微子的概念实际上是物理学家试图解释一种奇怪的核反应。有时有些元素是不稳定的。如果它们单独存在很长一段时间，它们就会分裂并转化为其他元素。准确地说，它们比元素周期表上的其他元素要轻。此外，电子在转变过程中产生。

C | 20世纪20年代，物理学家通过对这些衰变过程的仔细观察和分析，发现了一些能量守恒的小现象。

D | 换句话说，过程开始时的能量略大于结束时的能量。从数学上讲，这是没有意义的。

E | 真奇怪！一些物理学家假设存在一个全新的粒子。这些粒子携带着缺失的能量。

F | 它们很小，很轻，没有电荷。它们可以悄悄地避开探测器的观察。

G | 用了几十年的时间证明中微子的存在，这些微小粒子的神秘性是显而易见的。1956年，中微子被归类为一类已知的、测量过的、并被结果证实的粒子，事情变得更加奇妙。最合适的“味觉”问题出现在μ子的发现上。有趣的是，当中微子的概念被提出时（20世纪30年代），μ介子也被发现了。μ子几乎和电子一样带电和旋转。它的特点是它的质量大约是电子的200倍，所以可以想象它是一个“加重的”电子。μ介子参与特定类型的反应，但通常不会持续很长时间。由于μ介子的尺寸很大，因此非常不稳定，并且很快（1到2微秒）衰变为较小的粒子。物理学家已经对这个过程了解很多了，但它与中微子的故事有什么关系呢？物理学家已经注意到，表明中微子存在的衰变反应总是产生一个电子，而不是μ子。在其他反应中，μ子出现，而不是电子。为了解释这些发现，物理学家推测某些中微子（不是其他类型的中微子）在某些衰变反应中总是与电子配对，而μ子必须与一些未发现的中微子配对。毕竟，电子“友好”中微子不能解释对μ介子事件的观察。

H | 搜索一直持续到现在。到1962年，物理学家终于锁定了第二类中微子。起初它被称为中子，但物理学家最终选择了一个更合理的术语，μ介子中微子，因为它总是在反应中与μ介子成对出现。有两种中微子被证明是存在的。自然界还有什么惊喜吗？1975年，斯坦福线性加速器中心（2008年改名为SLAC国家加速器实验室）的研究人员筛选了大量数据，以揭示存在质量大于电子和μ子的基本粒子：τ子。这个粒子的质量是电子的3500倍，它是一个相当大的粒子！所以问题出现了：对于这三种粒子，电子，μ子和μ，除了电子和μ子中微子之外，还有对应于μ的中微子吗？它可能存在，也可能不存在。可能只有两个或四个中微子。

I | 也许有17种…自然从来没有完全满足我们的期望，所以现在没有理由得出结论。几十年来，物理学家们通过大量的实验和观察来说服自己，第三中微子应该存在。但直到千禧年，费米实验室的一项特殊实验才最终成功。2000年7月，甜甜圈实验合作项目宣布了中微子的发现。那么，为什么我们如此关心中微子呢？从第二次世界大战到现在，我们已经追了70多年了？为什么一代又一代的科学家对这些微小的电中性粒子如此着迷？原因是中微子继续超出我们的预期。很长一段时间，我们甚至不知道它们是否存在；很长一段时间，我们确信它们根本没有质量，直到实验结果告诉我们这些微小的粒子一定有质量。它们有多少质量仍然是物理学家正在探索的问题。