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巨型中微子源太陽的中微子「丟失」過,找到的科學家獲得了諾獎

失蹤的太陽中微子找到了嗎?不了解這個問題的人會覺得這個問題莫名其妙,其實這個問題說的是一個天文學事件,講的就是天文儀器測量到的太陽中微子流量與理論計算相比出現缺失的問題。首先說一下這個問題的答案,那就是曾經失蹤的太陽中微子早就已經找到了。

從中微子理論提出之後,開始的時候人們以為中微子是一種沒有質量的粒子,後來發現了三種中微子,分別是電子中微子,μ子中微子和τ子中微子。科學家通過對中微子的研究又發現,中微子只參與弱相互作用,其中電子中微子只參與有電子參與的弱相互作用,μ子中微子只參與有μ子參與的弱相互作用,τ子中微子只參與有τ子參與的弱相互作用。

宇宙中存在著大量的中微子,它們以和光速基本相同的速度在宇宙中穿行著,而且密集程度相當驚人,每秒鐘都有數萬億個中微子穿越人體,雖然這東西的性質和光子差不多,但它卻是個隱形者,光子可以被我們看到,但是這東西每秒鐘就有百億個經過我們的眼球,然而我們卻毫無察覺。即使穿越地球,它的能量也不見得減少,有人計算髮現如果想完全攔截一股中微子束大概需要五光年厚的鉛板,這真的是匪夷所思呀!

那麼既然看不到,也無法攔截,怎麼才能觀察到這種東西呢?科學家們發現當中微子進入裝有重水的容器後,碰到重水的原子核後會被彈開;彈開的原子核碰到另一個重水的原子核後會與之發生反應,變成氚的原子核,同時釋放出一些γ射線。所有的中微子都會引起這樣的反應,通過測量γ射線的數量,科學家就可知道有多少中微子存在。

在我們附近的宇宙空間中,太陽是一個巨大的中微子發射源,而且由於它的位置要固定,所以在地球上很容易探測到太陽發出的中微子,20世紀60年代晚期,科學家們美國南達科他州礦井中首次測量了太陽產生的中微子的流量,發現數值大約只有理論計算出來的三分之一,好像另外的2/3都丟失了,是在太陽到地球的這一段空間中,卻又是沒有任何事物和事件能導致中微子丟失的,於是這個問題開始困擾相關領域的科學家。

開始的時候科學家以為是理論計算錯誤,或者是儀器出現問題,但是到了80年代,日本的神岡探測器也發現了和第一次探測類似的現象,這讓人們更加困惑,認為肯定有某種機制導致中微子無法被探測到,於是有理論物理學家認為也許中微子是有質量的,它在前進的過程中有可能發生了中微子轉化現象,這就是中微子振蕩了,它會導致太陽發出的中微子在傳播到地球途中發生轉換。

科學家們根據這一理念進行了實地探測,首先日本的超級神岡探測器於1998年首次發現了中微子振蕩,即μ子中微子轉換成了τ子中微子。三年後加拿大的薩德伯里中微子天文台探測到了太陽發出的全部三種中微子,其總流量與標準太陽模型下的理論計算符合得很好,於是解決了先前觀測到的太陽中微子缺失問題,太陽中微子消失之謎也由此解開,後來主導這項實驗的領導者雷蒙德·戴維斯和神岡探測器的領導者小柴昌俊都獲得了2002年的諾貝爾物理學獎。


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