要抓“阿飘”?!这个“幽灵粒子”到底是个啥?

时事   2024-11-06 11:59   贵州  
“真的有‘阿飘’?”
有生之年居然见证科技抓“鬼”?
“鬼终于有高大上的名字了—中微子”
......

相信前段时间很多童鞋
被“幽灵粒子”中微子刷屏
也就是网友们戏称的“阿飘~”

这个网友口中的“阿飘”可不简单

它的本名叫中微子

是构成物质世界的基本粒子之一

围绕中微子,有大量谜团尚未解开,包括它的质量大小和起源、质量顺序、是否造成宇宙中物质与反物质的不对称等。中微子研究有望发现超出标准模型的新物理,对研究宇宙演化、恒星形成、超新星爆发机制等有重要意义。中微子的检测非常困难,在所有基本粒子中,人们对中微子了解最少,所以中微子又被称为“幽灵粒子”。
一觉醒来,奇奇怪怪的知识又增加了~
所以这个“幽灵粒子”到底是个什么“鬼”?
我们来具体说说
咳咳,下面有请本期动静科普主角

“幽灵粒子”中微子!




01

自我介绍

姓名:中微子

英文名:neutrino

昵称:幽灵粒子,网友戏称“阿飘”

出生日期:比你想象中的还古老,存在于宇宙形成之初

六十多年前,被人类首次发现

自画像:↓↓↓
图1:中子衰变成质子、电子和反电子中微子的过程,即β衰变过程。图片来源: 中国科学院理论物理研究所
构成物质世界最基本的粒子有12种,包括6种夸克,3种带电轻子和3种中微子。图源:中国科学院高能物理研究所

“好吧,自画像有点抽象,
学渣的我表示浅浅观摩一下  ” 
要说中微子我的社会地位呢
还得从1988年说起~



自1988年以来,先后有8位科学家因为中微子的相关研究而获得诺贝尔奖物理学奖,对中微子研究的每一次进展都完善乃至颠覆了人类对世界的认知。


2012年,一则引起国际物理学界震动的消息从中国大亚湾发出:人类首次发现中微子的第三种振荡模式。


有关中微子最新的报道是在最近的10 月 11日,世界最大的单体有机玻璃球在中国建成,这个直径 35.4 米的大玻璃球位于广东江门的地下 700 米深处,是江门中微子实验中心探测器的关键部件。

↓↓↓

是的,是我是我就是我~
要抓住中微子可是真不容易
关键时候还得靠我
“幽灵粒子”捕捉器:江门中微子实验装置

↓↓↓

国之重器:地下700米江门中微子实验装置



02

中微子=“阿飘”?


网友们为什么会把中微子和“阿飘”联系在一起呢?

说到“阿飘”,很多人都不陌生,这里面有个文化小典故。

我国道教里有个说法:人死为鬼,鬼死为聻,聻死为希,希死为夷,夷死为微,微死无形。

基于两者的一些共同特性,网友们都把中微子戏称为“阿飘”——鬼。下面听小编仔细道来。

是的,当你正在思索中微子和“阿飘”两者之间的关系时,每秒就有3亿亿个来自太阳的中微子正穿过你的身体中粒子穿透能力极强,不但可以毫无阻碍地穿过人体,甚至可以穿过地球和太阳,这极强的穿透能力让中微子“来去无踪”,中微子的质量非常轻,以接近光速运动,难以捕捉,它们几乎不与其他物质发生相互作用,如幽灵一般穿透地球,携带着关于恒星、黑洞乃至整个宇宙的“核心秘密”,因此被称为“幽灵粒子”。

嗯,中微子这来无影去无踪的技能
跟我们传说中的“阿飘”
确实挺像......
但是中微子≠“阿飘”


网友们关心的问题来了!
既然中微子以“神龙不见尾”的姿态
时时刻刻地穿透我们的身体
那中微子穿透人体之后会造成伤害吗?
为什么我们没有感觉呢?

关于这点,大家大可放心,因为中微子是电中性的,不参与电磁作用,只参与非常弱的弱作用,所以会直接穿透人体而不发生任何反应。不仅如此,来自太阳的中微子到达地球后绝大部分也都会直接穿透地球继续传播(被地球挡住的概率只有100亿分之一)。





03

“幽灵粒子”捕捉器


网友好奇的问题又来了!

既然中微子以接近光速运动

且可以穿透任何物质

那怎么能抓住它?

这就不得不提上文中出现的

“幽灵粒子“捕捉器

江门中微子实验装置了



不同于一般的实验室
江门中微子实验装置的主体
就像一只泡在冰水中的西瓜
来源:央视新闻客户端

其最外侧是由低放射性不锈钢组成的网架,这是国内最大的单体不锈钢结构,整个结构由12万套高强螺栓固定。

网架内部是世界最大的单体有机玻璃结构——直径35.4米、厚度却仅有120毫米的有机玻璃球。虽然“薄如蛋壳”,却有着极强的坚固性。科研人员采用了本体粘接工艺,让263块玻璃板浑然一体,完全看不出一点儿拼接的痕迹。

左图:江门中微子实验的有机玻璃球外部。右图:有机玻璃球内部一排排的“小灯泡”。图源:央视新闻

整个球体构成了世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。探测器最吸引眼球的是大玻璃球内部布满了一颗颗的“小灯泡”,这些看起来“平平无奇”的小灯泡可有着关键性的作用呢,它们的真正身份是“光电倍增管”,是可以探测单个光子的真空器件,用于探测中微子。


科学家希望通过中微子实验来探测这种粒子。虽然中微子本身不能被直接探测,但大量中微子穿过探测器时,极少的一部分中微子有概率会被探测器的工作物质捕获,发生反应生成可观测的光子,这些光子再由光电倍增管收集放大,相当于间接看到了中微子。

建设中的江门中微子实验中心探测器(拼接照片)。新华社发
工人在中心探测器不锈钢网架上施工。新华社发

这个“幽灵粒子捕捉器”

不光个头大、制造难

放置它的地方也不一般

在700米的地下!



为什么核心探测设备要建在700米的地下?中国科学院高能物理研究所所长曹俊介绍,宇宙线会使中微子探测设备出现假信号,建在地下可以屏蔽大部分宇宙线干扰,因此几乎所有的中微子实验都在地下进行。700米的山体和岩层就相当于过滤器,可将宇宙射线的强度大幅降低,让我们得到纯净的中微子信号。

深入地下700米可没那么容易

屏住呼吸,我们一起

乘坐特殊“小火车”

沿着1300米的斜井隧道
一起来感受简易版“地心历险记”吧↓


来源:@Hojio




04

我国捕捉中微子的意义?


江门中微子实验以测量中微子质量顺序为首要科学目标,并进行其他多项重大前沿研究。2013年立项,2015年开工建设地下实验硐室,2021年年底,地下硐室交付使用并开始探测器安装。

从技术成果上来说,为了建造这一大科学装置,江门中微子实验团队集智攻关、多措并举,攻克多项技术难关:


  • 成功研制出具有自主知识产权的国际最高光子探测效率的光电倍增管,打破了该领域的国际垄断,并获欧盟、美国、日本等的专利授权。

  • 研制出高强度、高精度、高透光率光电倍增管水下防爆系统。

  • 研发了高洁净度、高密封、高效率的液体闪烁体(简称液闪)纯化系统,获得目前国际上衰减长度最高的液闪。

  • 采用水下电子学的创新设计,以民用器件实现了航天级别的可靠性。

  • 建成国内最大跨度的深埋地下洞室,该洞室顶部起拱跨度达49.5米,相关施工属于世界级的超常规地下工程。


江门中微子实验建成后将成为国际中微子研究的中心之一,与日本的顶级神冈中微子实验和美国的深部地下中微子实验形成中微子研究的鼎足之势。这将使我国在中微子研究领域的国际领先地位得到进一步巩固。

据相关报道,江门中微子实验将于2025年8月正式运行取数,预计运行约30年。“精确测量中微子振荡参数,使检验中微子混合矩阵的幺正性、发现新物理成为可能,对中微子物理的未来发展具有重要意义。”中国科学院院士王贻芳说

好了,今日动静科普
关于“幽灵微子”的话题先到聊这里
分享一句看到的好句子
“科学研究都是从巨大的不确定开始的”
仰望星辰、瞭望大海
宇宙和世界还蕴含着无穷尽的未知和神秘
学习不止、探索不止、前进不止
对大自然始终保持敬畏心
一起以科学的世界观
去了解和认识更多的新世界吧!

来源: 

央视科教、央视新闻、科普中国、科技日报

新华社、大湾区之声、中国科学院理论物理研究所等

部分图片来自SOOGIF、网络

记者:赵箐芸  | 责编:杨霄  | 编审:铁流
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