1月15日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，每一天的每一秒，你都會(huì)受到來自宇宙深處的數(shù)萬億個(gè)亞原子粒子的攻擊。它們以宇宙颶風(fēng)之勢穿過你的身體，轟擊速度近乎光速。它們來自整個(gè)天空，輕而易舉地穿過地球大氣層，而且無論白天或黑夜，無時(shí)無刻。
然而，我們對(duì)這一切毫無察覺，似乎也毫發(fā)無傷。到底發(fā)生了什么？
微小的電中性粒子
這些微小的粒子被稱為中微子（neutrino）。1934年，杰出的美籍意大利裔物理學(xué)家恩里科·費(fèi)米（Enrico Fermi）提出了這一術(shù)語。在意大利語中，“neutrino”的字面意義是“微小的電中性粒子”。中微子概念的提出，其實(shí)是物理學(xué)家用來解釋一個(gè)奇特核反應(yīng)的嘗試。
有些元素有時(shí)會(huì)有些不穩(wěn)定，如果它們長時(shí)間單獨(dú)存在，就會(huì)分崩離析，轉(zhuǎn)變?yōu)閯e的元素，確切地說，是元素周期表上比之略輕的元素。此外，轉(zhuǎn)變過程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子。在20世紀(jì)20年代，物理學(xué)家通過對(duì)這些衰變過程的細(xì)致觀察和分析后發(fā)現(xiàn)，存在一些微小的能量不守恒現(xiàn)象。換句話說，該過程開始時(shí)的能量要比最終呈現(xiàn)的能量略大一些。這在數(shù)學(xué)上說不通，太奇怪了！
于是，少數(shù)物理學(xué)家假設(shè)了一種全新粒子的存在。這些粒子攜帶著缺失的能量，它們很微小，很輕，而且沒有電荷。它們可以悄無聲息地躲過探測器的觀測。
證實(shí)中微子的存在花費(fèi)了數(shù)十年時(shí)間，足見這些微小粒子的神秘。1956年，中微子被歸入了一類已知并結(jié)果測量和確認(rèn)的粒子，事情又變得更加奇妙了。
最合適的“味”
這個(gè)難題是隨著μ子（渺子，muon）的發(fā)現(xiàn)而出現(xiàn)的。有趣的是，μ子也是在中微子概念提出的時(shí)候（20世紀(jì)30年代）被發(fā)現(xiàn)的。μ子的性質(zhì)幾乎就和電子一樣，具有同樣的電荷和自旋。它的特別之處在于，它的質(zhì)量大約是電子的200倍，因此可以想象成一個(gè)“加重版”的電子。
μ子會(huì)參與特定類型的反應(yīng)，但通常不會(huì)持續(xù)很久。由于“塊頭”較大，因此μ子非常不穩(wěn)定，會(huì)迅速（1到2微秒）衰變成更小的粒子。物理學(xué)家已經(jīng)對(duì)這一過程了解很多，但這和中微子的故事有什么關(guān)系呢？
物理學(xué)家注意到，表明中微子存在的衰變反應(yīng)總是會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子，而不是一個(gè)μ子。在其他反應(yīng)中，μ子會(huì)出現(xiàn)，而不是電子。為了解釋這些發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)家推測某些中微子（不是其他類型的中微子）總是在一些衰變反應(yīng)中和電子成對(duì)出現(xiàn)，而μ子必須與某種尚未發(fā)現(xiàn)的中微子成對(duì)出現(xiàn)。畢竟，對(duì)電子“友好”的中微子無法解釋?duì)套邮录挠^察結(jié)果。
搜尋工作繼續(xù)進(jìn)行，直到現(xiàn)在。到了1962年，物理學(xué)家終于鎖定了第二種中微子。最初它被稱為“中介子”（neutretto），但物理學(xué)家最終還是選擇了更加理性的叫法——μ中微子（muon-neutrino），因?yàn)樗诜磻?yīng)中總是與μ子成對(duì)出現(xiàn)。
τ子的出現(xiàn)
好了，已經(jīng)證實(shí)有兩種中微子存在，大自然是否還有更多的驚喜呢？1975年，斯坦福線性加速器中心（2008年更名為SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室）的研究人員對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選，揭示了一種質(zhì)量比電子和μ子更大的基本粒子的存在：τ子（tauon）。這種粒子的質(zhì)量是電子的3500倍，是個(gè)相當(dāng)可觀的粒子！
于是問題來了：對(duì)于這3種粒子，電子、μ子和τ子，在電中微子和μ中微子之外，是否還存在與τ子對(duì)應(yīng)的中微子？可能存在，也可能不存在?？赡苤淮嬖趦煞N中微子，也可能有4種中微子?；蛟S甚至有17種……大自然從來不會(huì)完全符合我們的期望，所以沒有理由現(xiàn)在就下結(jié)論。
幾十年來，物理學(xué)家一直在用大量實(shí)驗(yàn)和觀測結(jié)果來說服自己：第3種中微子應(yīng)當(dāng)存在。但是，直到接近千禧年時(shí)，一項(xiàng)在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的專門實(shí)驗(yàn)才最終取得了成功。2000年7月，DONUT（英語“Direct Observation of the NU Tau”的縮寫，）實(shí)驗(yàn)協(xié)作項(xiàng)目宣布了τ中微子的發(fā)現(xiàn)。
追逐幽靈
那么，為什么我們?nèi)绱岁P(guān)心中微子？從第二次世界大戰(zhàn)到現(xiàn)在，我們已經(jīng)追逐它們超過70年？為什么一代代科學(xué)家對(duì)這些微小的電中性粒子如此著迷？
原因在于，中微子不斷超出我們的預(yù)期。很長一段時(shí)間里，我們甚至不確定它們是否存在；很長一段時(shí)間里，我們?cè)_信它們完全沒有質(zhì)量，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)果告訴我們，這些微小的粒子必須具有質(zhì)量。它們的質(zhì)量究竟是多少，仍然是物理學(xué)家在探索的問題。而且，中微子有一種十分惱人的“習(xí)慣”——在傳播過程中會(huì)發(fā)生“味”（flavour）的振蕩，但在產(chǎn)生和被探測時(shí)具有明確的味。在粒子物理學(xué)中，“味”是基本粒子的一種量子數(shù)。
物理學(xué)家還推測可能存在另外一種不會(huì)參見任何常規(guī)相互作用，但可以通過中微子振蕩產(chǎn)生的中微子，即惰性中微子。物理學(xué)家正在努力尋找這種神秘粒子的蹤影。一些最新研究和實(shí)驗(yàn)的異常數(shù)據(jù)表明，包括惰性中微子在內(nèi)的新型中微子仍有可能存在。
可以說，中微子不斷挑戰(zhàn)著我們所知的物理學(xué)。無論是過去還是將來，它們都將是物理學(xué)家最希望解決的挑戰(zhàn)之一。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。