来自中微子的控诉:我不是“鬼”

文摘   2024-12-07 20:30   北京  


2023年6月7日,广东江门开平市金鸡镇中微子实验室,技术人员在中心探测器里安装光电倍增管。(@视觉中国 图)

甚至,我听到还有人给江门中微子实验室的工作人员打电话,问他们是不是在地下找“鬼”。



撰文 | 一颗中微子

编辑 | 王亚坤

《看天下》杂志原创出品 




我是一颗普普通通的中微子,写信是为我族最近的遭遇鸣不平。


10月中旬,位于中国广东省的江门中微子实验室主体设施基本竣工。这项造价20亿元人民币的工程建在地下700米深处,旨在测量我们中微子的质量,研究中微子的振荡。按照规划,项目一旦完工,它将成为世界上最灵敏的中微子探测装置。


对于人类如此耗费智力与财力,我并不惊讶。毕竟,我们是世界上最神秘的一种粒子,你们人类靠着在这个领域的研究,已经4次摘得诺贝尔物理学奖。


这本来是好事,可以增进人类对我们的了解。但是,这件事在社交媒体上的“画风”,完全变了样。


“这就是‘阿飘’,也可以直接说是‘鬼’。”


“‘修仙纪元’即将开启。”


甚至,我听到还有人给江门中微子实验室的工作人员打电话,问他们是不是在地下找“鬼”。


这太荒谬了,我必须反驳,并在这里作出严正声明:我们中微子不是“鬼”。


穿过你的黑发我的手


中微子,它们很小/它们不带电荷,没有质量/并且完全不相互作用/地球对它们来说就是一个傻球/想穿过就穿过/就像清洁工走过大厅/或者光子穿过玻璃/它们冷落最敏锐的气体/无视最坚固的墙/轻视钢和铜/在马厩里欺负种马/辱骂等级的堡垒/穿过你和我/就像高悬的无痛铡刀/切过我们的头来到草地上/夜间,它们到了尼泊尔/从床下面刺穿一对情侣——你说这真棒,我称之为鲁莽。


这首诗,出自美国小说家约翰·厄普代克,他对中微子着迷,写了这首《宇宙的烦恼》,来赞美我们。


这也解释了部分网友称我为“鬼”的原因:我拥有穿越一切物体的能力。


这和我是宇宙中最小的粒子有关。


原子是物质的基础构成,它们内部是一个类似地球绕着太阳公转的结构,许多质量极其小的电子绕着质量大得多的原子核飞行。


对我们中微子来说,原子内部的空间大得惊人,我们的质量还不到电子的四百万分之一,穿越原子内部,就像一粒沙子穿越一张极其稀疏的网。


我穿越能力强的另一个原因是不带电荷。


原子核和电子之间的空间如此之大,人类和墙的基本构成都是原子,那么血肉之躯为什么不能穿墙而过?原因是电磁力(和引力一样,是4种基础作用力之一)会阻止它们靠近。


就像一个人看起来是坐在椅子上,但其实他的屁股永远不会挨到椅子表面,因为凳子表面和衣服表面的原子之间,有很强的电磁力互斥。所以,理论上说,坐在课堂里的学生、躺在床上的打工人,其实都是悬浮的。


中微子不同,我们不带电荷,不会受电磁力干扰。


我透露一个秘密,可能会让你们大吃一惊:每天有100万亿个中微子从人体穿过,速度接近光速。我们可以穿越人类的皮肤,穿越人类的心脏,但就像罗大佑的一首歌唱的,“穿过你的黑发我的手”,我们都是静悄悄的,从不和人体发生作用。


但我显然不是“鬼”。


每一秒,一个指甲盖大小的物体上,就可能有600亿个中微子穿过,世界上哪来那么多只“鬼”?


我主要由3种活动产生:宇宙诞生时的大爆炸、恒星爆炸、太阳内部的核聚变反应。


如果我是“鬼”,太阳内部岂不成了“阴曹地府”?

爱因斯坦算错了吗?


E=mc²,这可能是地球上最知名的公式,E代表能量,m是质量,c是光速。



江门中微子实验室探测中微子的光电倍增管。(@视觉中国 图)


这个公式名为“质能等价”,是爱因斯坦发现的,描述了质量和能量之间的相互关系。


我能被你们人类发现,就和这个公式有关。


为了让你们能看懂,请允许我带你们回忆中学课本里的内容:原子核由中子(不带电荷)和质子(带正电)组成。


当中子衰变时,会释放一个电子(带负电),中子本身也因此变成带正电的质子。


用中子衰变后损失的质量,结合E=mc²,就能算出它释放的能量。根据能量守恒定律,这个能量就是被释放的电子携带的能量。


但是,20世纪30年代,科学家们发现,二者不相等。


是爱因斯坦错了吗?还是说,能量守恒定律出了错?


当时,一个年轻的奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli),做出一个大胆猜测,错的不是爱因斯坦,也不是能量守恒定律,而是中子衰变时,释放的不只是电子,还有一个别的“神秘粒子”(没错,就是我,但这是后话)。


他甚至以一瓶香槟酒作赌注,担保没人能观测到我。


泡利当然输了。1956年,美国物理学家莱因斯和科温,在地下通过观察核反应堆,“看到”了第一个中微子。


莱因斯后来因此获得诺贝尔奖,而在他之前,泡利已经获得了诺贝尔奖,但不是因为我,而是因为著名的“泡利不相容原理”,提名他的人正是爱因斯坦。

当你深入到地下


怎么观测到我呢?你必须专注,因为我实在太小了,一不留神,就可能错过,或者和其他粒子搞混。


你需要深入到地下。这里可以屏蔽宇宙射线干扰,世界上所有中微子实验室都建在地下。


江门的中微子实验室,就建在地下700米深处。


这里离大亚湾等几个核电站很近,核电站会产生大量中微子。


实验室中心是一个巨大的白色球体,这是世界上最大的单体有机玻璃。玻璃球坐落在一个水池中,每次运转,都要往水池中注入3.5万吨超纯水(几乎不含杂质的水),来屏蔽其他天然射线干扰。


玻璃球内会放置2万吨液体闪烁体(简称“液闪”,成分类似洗衣液),当大量中微子穿越玻璃球时,其中极小一部分会和液闪发生反应。


那个巨大的玻璃球上装了4.5万只“眼睛”,也即光电倍增管,可以把中微子和液闪反应的光信号转化成电信号,并放大上千万倍。


看吧,想找到我,就是这么难。


至于找到我有什么用,怎么测量我的“体重”,我为什么有至少3种形态,并且可以轻易地在其中切换,现在保密。


有秘密的人才会引人关注,中微子也不例外。等你们揭开我全部秘密的时候,或许整个宇宙会在你们面前闪烁。


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