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为什么物理学家正在寻找最奇怪的幽灵粒子

时间:2019-09-27 来源:NIEBURG丽堡格
为什么物理学家正在寻找最奇怪的幽灵粒子

图片来源:Shutterstock

每一天的每一秒,你都会受到数万亿次亚原子粒子的轰击,从太空深处喷射下来。它们以宇宙飓风的力量吹过你,以近乎光速的速度爆炸。他们在白天和黑夜的任何时候都来自天空。它们像黄油一样穿透地球的磁场和我们的保护气氛。

然而,头顶上的头发甚至没有褶皱。

这是怎么回事?

这些微小的子弹被称为中微子,这一术语于1934年由杰出的物理学家恩里科费米创造。对于“小中立的”而言,这个词含糊不清,而且他们的存在被假设为解释一个非常好奇的核反应。

有时候元素感觉有点......不稳定。如果他们长时间独处,他们会分崩离析并将自己变成别的东西,周期表上的东西要轻一些。另外,会弹出一点电子。但在20世纪20年代,对这些衰变进行仔细而详细的观察发现了微小的,琐碎的差异。过程开始时的总能量比输出的能量稍微大一点。数学没有加起来。奇。

因此,一些物理学家用整块布料捏造出一种全新的颗粒。能带走缺失能量的东西。小的东西,轻的东西,没有充电的东西。可能会在探测器中滑过的东西被忽视。

中微子

花了几十年才确认它们的存在 - 这是多么滑溜,狡猾和偷偷摸摸的存在。但是在1956年,中微子加入了已知的,经过测量的,已确认的粒子群。

事情变得奇怪了。

随着μ子的发现,麻烦开始酝酿,这恰好发生在中微子思想开始兴起的同时:20世纪30年代。μ子几乎就像一个电子。相同的费用。相同的旋转。但它在一个关键方面有所不同:它比它的兄弟电子更重,质量超过200倍。

Muons参与他们自己的特定反应,但不会持续很长时间。由于它们令人印象深刻的体积,它们非常不稳定并且很快衰变成较小位的淋浴(这里“快速”意味着在一微秒或两微秒内)。

这一切都很好,所以为什么μ子会成为中微子呢?

物理学家注意到,表明中微子存在的衰变反应总是有一个电子弹出,而不是一个μ子。在其他反应中,μ子会弹出,而不是电子。为了解释这些发现,他们推断中微子总是与这些衰变反应中的电子相匹配(而不是任何其他类型的中微子),而电子,μ子必须与尚未被发现的中微子配对。毕竟,电子友好的中微子无法解释μ子事件的观察结果。

所以狩猎继续进行。并且。并且。直到1962年,物理学家终于锁定了第二种中微子。它最初被称为“neutretto”,但更理性的头脑被称为muon-neutrino的计划占了上风,因为它总是与muon的反应配对。

好的,两个确认的中微子。大自然对我们有更多的存储吗?1975年,斯坦福线性加速器中心的研究人员勇敢地筛选了大量单调的数据,以揭示更灵巧的电子和厚重的μ子之间存在更重的兄弟:笨重的tau,以高达电子质量的 3500倍计时。那是个大颗粒!

所以问题立刻就出现了:如果有一个三个粒子的家族,电子,μ子和头......可能会有第三个中微子,与这个新发现的生物配对?

也许,也许不是。也许只有两个中微子。也许有四个。也许17.大自然以前没有完全达到我们的期望,所以没有理由现在就开始。

几十年来,物理学家们一直在使用各种实验和观察结果来证明自己应该存在第三个中微子。但直到2000年的千禧年,才在费米实验室进行了一项专门设计的实验(对于NU Tau的直接观察而言,幽默地称为DONUT实验,不,我没有做到这一点)终于得到了足够的确认目击正确地要求检测。

继续寻找

那么,为什么我们如此关心中微子?从第二次世界大战到现代,我们为什么要追逐他们超过70年?为什么几代科学家对这些小而中性的科学家如此着迷?

原因是中微子继续超出我们的预期。很长一段时间,我们甚至不确定它们是否存在。很长一段时间,我们确信它们完全没有质量,直到实验令人烦恼地发现它们必须具有质量。究竟“多少”仍然是一个现代问题。中微子有这种令人讨厌的习惯,即在他们旅行时改变角色。这是正确的,当一个中微子在飞行中旅行时,它可以在三种口味中切换面具。

甚至可能还有一个额外的中微子没有参与任何通常的相互作用 - 这就是所谓的无菌中微子,物理学家们正在寻找它。

换句话说,中微子不断挑战我们对物理学的所有了解。如果我们需要一件事,无论是在过去还是将来,这都是一个很好的挑战。