最鬼魅的粒子，還會變身，科學家因為它都想放棄能量守恒定律！

鬼魂粒子

在宇宙中存在著一種極為“特別的根基粒子”，這種粒子曾經一度讓量子力學哥本哈根學派的魁首尼爾斯·波爾，想要拋卻能量守恒定律，還讓科學家苦苦找尋了幾十年，現在依舊如同迷一樣的存在。更出格的是，每秒鐘大約有十萬億個這種粒子穿過我們的身體，但我們對此全無所聞，恰是因為這種出沒無常的特征，它有個聞名的綽號：鬼魂粒子，它就是中微子。

自從上個宿世紀50年月起，科學家就試圖去構建一個粒子物理學尺度模子，但愿可以或許將各類粒子、彼此感化同一到一路，這也是今朝最接近大一統理論的物理學理論。

在這套理論的最后一塊拼圖是希格斯玻色子，這是科學家在1964年預言的一種粒子，但直到2012年，歐洲核子研究中間才對外頒布發表，已經確認尋找到了希格斯玻色子。

可是，尋找中微子之路加倍坎坷，在19宿世紀末20宿世紀初，科學家發現了和中微子有關的奇異現象，到了2000年，科學家才差不多把中微子找全，整個過程歷經了100余年。對于中微子的深切研究，也直接讓科學家知道了很多宇宙的奧秘，開啟了中微子天文學。那具體是咋回事呢？

今天，我們就來聊一聊這段盤曲的“尋找中微子之路”。

預言“中微子”的存在

這要從20宿世紀初說起，那時有個聞名的物理學家叫做盧瑟福，他做了一個聞名的α粒子散射嘗試，具體來說就是用α粒子轟擊金箔。經由過程這個嘗試，他給出了一個全新的原子布局。

后來，他用近似的法子，轟擊氮原子核，繼而發現了質子。在此次嘗試中，盧瑟福預言中子的存在。

隨后，盧瑟福的門徒查德威克又用同樣的法子轟擊鈹，發現了中子。

自從查德威克發現了中子，海森堡提出了不確定性道理之后，科學家對于原子的布局有了一個比力清楚的熟悉。幾乎在統一時候，很多科學家在研究放射性物質。最為我們熟知的就是居里夫人。

此中，放射性物質中存在這一種β衰變，在這個過程中，一個中子轉化為了一個電子，帶走了一部門的能量。現實上，我們此刻知道，這個過程其實還發生了中微子，只不外那時的儀器并沒有檢測出來。于是，經由過程理論計較就會發現，有一部門能量不知道去哪了？這個過程最詭異的就是電荷是守恒的，但能量和動量都不守恒。

后來，就有了上文我們提到的，量子力學哥本哈根學派的波爾很解體的一幕，他起頭質疑能量守恒定律不是真的合用于微不雅宿世界。到了1931年，泡利在國際核物理會議就提出，能量守恒定律在微不雅宿世界中依然應該合用。

只不外存在著一種中性的粒子，把能量都給帶走了，因為它質量太小，我們的儀器無法探測到它。泡利這樣的假設就可以讓電荷守恒不受到影響，同時知足能量守恒定律和動量守恒定律。后來，楊振寧和李政道的教員恩里科·費米，就把泡利所說的這種中間粒子定名為“中微子”。

發現“中微子”

于是，科學家們起頭思慮若何找尋中微子，按照科學家那時的理論預言，中微子有兩個特點。

中微子的質量應該幾乎為0，甚至有一些科學家認為它的質量就是0，質量的上限是電子質量的百萬分之一。事實上，現在我們也知道，中微子的質量確實很小很小，我們此刻的手藝都沒有法子把它的質量測準。中微子應該和暗物質粒子有點近似，不介入強彼此感化和電磁彼此感化，只有極其小的概率會發生弱彼此感化。是以，中微子的穿透力很強。具體有多強呢？我們的人體每秒鐘城市穿過大量的中微子，但我們全無所聞。按照理論預言，中微子在宇宙中傳布1光年的距離，只有50%的概率和這段距離上的物質發生感化。為了尋找中微子，科學家萊因斯和科萬設計了一個嘗試。按照理論，他們知道核反映堆中的質子會和反中微子，最后發生正電子和中子。

反映發生的正電子遭遇電子就會滅。

這兩個過程城市發生γ射線，第一個反映還會留下一個中子。是以，他們就想，若是可以檢測到這兩個過程中的γ射線，而且可以或許捕捉到中子，就可以確定反中微子的存在。

成果，他們還真的操縱這種確認了中微子的存在，萊茵斯也是以在1995年獲得了諾貝爾物理學獎。

中微子振蕩

固然科學家確認了中微子的存在，可是中微子自始至終都像一個謎一樣。為什么這么說呢？

科學家在地下礦井中成立了很多的嘗試室用來捕捉太陽中微子，好比：日本神岡中微子探測器。

科學家雷蒙特·戴維斯在1500米深的地下礦井中捕獲太陽中微子。但無論科學家若何調整設備，都只檢測到的中微子數目只有理論預言的1/3。

您可能要問了，為什么他們如斯確定太陽會釋放幾多中微子？

現實上，科學家對于太陽內核的核反映機制已經很是的領會，他們發現，太陽每發生3個光子，就會陪伴著發生2個中微子。

而太陽每秒鐘會損掉420萬噸的質量，這些質量會以能量的形式傳布出來。經由過程理論計較，我們就可以知道，穿過地球的中微子有幾多，儀器可以捕捉幾多。

所以，沒有找到的殘剩的2/3的中微子到底哪里去了？

這個問題一向困擾著科學界，良多科學家提出了各類假說和理論，但看起來都不是很靠譜。到了1987年2月23號，此日晚上足以載入史冊。日本神岡中微子探測器檢測到了12個高能中微子散射電子的事例，按照記實來看，大要有1億億個中微子穿過了中微子探測器。不僅如斯，宿世界各地的中微子探測器也檢測到了近似的環境。后來，科學家操縱智利拉斯坎帕納斯天文臺千里鏡來不雅測大麥哲倫云，發現這里發生了一路超新星大爆炸。

您可能要問，不就是一次超新星爆炸，有什么好奇異的？

此次反常的是，不雅測到的中微子的數目和理論預期是相吻合的。所以，科學家就猜測，中微子應該不只有1種，而是應該有3種，并且這3種之間可以彼此轉化，科學家把這種環境叫做中微子振蕩。我們之前不雅測到的只是此中一種，所以才只看到了理論預期的1/3。

但這些僅僅是猜測，只有真的把它們都找到才行。這三種中微子一向到了2000年，才被全數找到了，別離是電子中微子，μ子中微子和τ子中微子。

β衰變傍邊，陪伴著β射線（電子流）所發生的是電子中微子。是以，陪伴著μ子降生的中微子就叫做μ中微子，陪伴著τ子降生的中微子就叫做τ中微子。

到了2001，薩德伯里中微子天文臺SNO證實了掉蹤的太陽中微子轉化當作了其他種類的中微子，當作為了證實中微子振蕩的最后一塊拼圖。

而與中微子振蕩研究相關的兩個嘗試室的負責人，日本神岡中微子探測器的梶田隆章以及薩德伯里中微子天文臺的阿瑟·B·麥克唐納，在2015年因為發現中微子振蕩而獲得了諾貝爾物理學獎。

中微子有什么用？

中微子以及中微子振蕩的發現，也使得粒子物理學尺度模子，僅剩下希格斯玻色子這一塊拼圖。可是補齊中微子這塊，整整花費了科學家一個宿世紀的時候。至今，我們還沒有法子測準中微子的質量，它仍然是謎一樣的存在，是以，即使到了此刻，中微子的研究依然是最前沿的。活著界上有很多超大規模的中微子探測嘗試，此中包羅中國、美國、日本等國的探測器，科學家甚至在南極成立了“冰立方”中微子嘗試。這些都是為了可以或許盡可能地領會中微子。