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中微子：神秘的“隱形人”

中微子，是一種基本粒子，不帶電，個(ge) 頭小，與(yu) 其他物質的相互作用十分微弱，號稱宇宙間的“隱形人”。

科學界從(cong) 預言中微子的存在到發現它，用了20多年的時間。普通人從(cong) 未見到過這種神秘粒子的“真身”，其實它每時每刻都在我們(men) 身邊。它可以輕易穿透任何物質，每秒會(hui) 有1000萬(wan) 億(yi) 個(ge) 來自太陽的中微子穿過每個(ge) 人的身體(ti) 。當然，我們(men) 毫發無損，因為(wei) ，它們(men) 太小了！

大多數粒子的物理和核物理過程都伴隨著中微子的產(chan) 生，如核反應堆發電(核裂變)、太陽發光(核聚變)、天然性放射、超新星爆發、宇宙射線等等

由於(yu) 中微子與(yu) 其他物質的相互作用極其微弱，所以檢測中微子非常困難。正因如此，在所有的基本粒子中，人們(men) 對中微子了解最晚，也最少。實際上，大多數粒子的物理和核物理過程都伴隨著中微子的產(chan) 生，如核反應堆發電（核裂變）、太陽發光（核聚變）、天然性放射、超新星爆發、宇宙射線等等。

“撼動”宇宙的小粒子

中微子與(yu) 其他物質的作用如此微弱，那麽(me) 研究中微子是不是毫無用處呢？答案並非如此！比如，關(guan) 於(yu) 中微子的研究，使中微子天文學成為(wei) 目前非常前沿和熱門的研究領域。就拿天文學家手裏的“武功秘籍”——宇宙微波背景輻射來說，它其實就是宇宙大爆炸的餘(yu) 熱。在宇宙大爆炸之後38萬(wan) 年的時候，才開始在宇宙中傳(chuan) 播。也就是說，通過宇宙微波背景輻射，人類可以知道宇宙大爆炸38萬(wan) 年之後的曆史，但前38萬(wan) 年的曆史，我們(men) 是沒辦法知道的，這就可以通過觀測中微子來實現。

中微子的觀測能夠讓我們(men) 更加了解微觀時間的物理現象，同時幫助我們(men) 完善天文學中恒星、黑洞的相關(guan) 模型，還能幫助我們(men) 掌握更多有關(guan) 宇宙起源和演化的信息。

中微子究竟有沒有質量？

質量，這個(ge) 我們(men) 平時不以為(wei) 意的物理性質，卻是中微子極難解的謎題之一。中微子究竟有沒有質量呢？

加拿大薩德伯裏中微子天文台(圖片來源/薩德伯裏中微子天文台)

2012年，著名的中國物理學家王貽芳院士領導的大亞(ya) 灣中微子實驗國際合作團隊，宣布發現了一種新的中微子振蕩，這表明所有已知的中微子都有質量。2015年的諾貝爾物理學獎被授予了日本物理學家梶田隆章(Takaaki Kajita)和加拿大物理學家阿瑟·麥克唐納(Arthur B. McDonald)，表彰他們(men) 發現了中微子振蕩，而中微子振蕩正是中微子有質量的直接表現。2020年，科學家宣布，中微子的質量不超過1.1電子伏特，約為(wei) 電子質量的15萬(wan) 分之一。

中微子有三“味”

那麽(me) ，中微子的質量到底如何測得呢？這是一個(ge) 相當複雜的問題！為(wei) 什麽(me) 呢？

梶田隆章團隊的實驗和阿瑟·麥克唐納帶領的研究小組的實驗一同發現了中微子振蕩的新現象，證明長期被認為(wei) 沒有質量的中微子，其實是有質量的。

3種中微子示意圖

那麽(me) ，這3種中微子（電子、μ子、τ子中微子）相對應的也有3種中微子質量（第1、2、3種質量本征態）。但它們(men) 之間並不是一一對應的關(guan) 係，而是存在某種“混合”。比如，電子中微子是以某種方式將第1、2、3種質量本征態“混合”在一起。

關(guan) 於(yu) 中微子，還有很多疑問需要科學家們(men) 去解決(jue) 。相信破解這些“秘密”之後，一定能讓物理學取得更大的進步！

責任編輯 / 高琳

美術編輯 / 王艿晨

作者：陳思 （中國科學院大連化學物理研究所）

來源：《星空体育官网入口网站就是力量》雜誌

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