“托勒密的猫头鹰”窥视原初中微子|电子|中微子|托勒密

　　在每一天的时时刻刻，数亿、数十亿的中微子快速地穿越我们的身体，我们丝毫没有“身体欠安”的感觉，宇宙学家解释说，密密麻麻的中微子不会对人们的身体产生任何伤害。在太空弥散飞舞的亚原子粒子——中微子被很多科学家认定为直接来自宇宙大爆炸，它们不是主要地来自太阳、或其它中微子源。如果科学家在实验基础上证实了中微子主要来自宇宙最初的诞生时刻，那么物理的实验成果将为早期宇宙学和中微子物理学奠定“元科学”的基础。然而，科学探索不是“请客吃饭”、不是“做文章”，怎样解释中微子的特性？它们几乎没有任何物体的阻挡，”神出鬼没“地穿行在宇宙太空，中微子能够穿透一光年厚的铁板，它们在铁板中的自由穿行如同在空旷的太空流动一样。

　　在美国能源部下属的普林斯顿等离子体物理学实验室(PPPL)，由普林斯顿大学的物理学家克里斯·塔利带领的科学团队制定了搜索中微子的科学目标，探测中微子奇异特性的物理事实，从宇宙大爆炸产生的中微子遗存物几乎没有质量，科学家发现，“神通广大”的中微子能够被氚元素物质捕获，氚是氢元素的放射性同位素，氚元素的衰变释放了能量，它对电子、或贝塔粒子产生了微小的推动作用。

　　物理学家塔利在PPPL建构了一个原型实验室，科学团队通过测量导入电子带来的额外能量来探测中微子的存在，测量的精确性比以往的实验更高，科学团队发现，源于宇宙大爆炸的中微子信号十分微弱，对它们的测量好像在一个人声鼎沸、坐满观众的运动场测量运动员微弱信号的心跳一样。实验项目的工程负责人查尔斯·金泰尔和他的工程团队在建设实验室的过程中付出了很大努力。物理学家塔利将实验项目的名称定为“托勒密”，全名是“普林斯顿对光、早期宇宙大数量中微子产生氚元素的观测台”。托勒密是古希腊时期的一位天文学家，他在公元一世纪生活在古埃及，《天文学大成》是托勒密最主要的科学著作，古希腊科学的集大成者亚里斯多德继续了托勒密的天文学说。

　　普林斯顿的科学团队实现了迄今最暗、最冷的实验条件，对一个电子能量的测量精度需要达到相当于探测中微子质量的程度。不久之前，科学家一度认为中微子没有一点质量。为了达到极其严苛的测量条件，科学团队必须建构最黑暗、最冷的实验环境，他们的实验物理学的理论基础是量子电子学，这一物理学的分支专门探索电子行为的量子物理效应，为了在实验中探测到宇宙大爆炸遗存的中微子，他们植入了微小的额外能量。量子力学描述了亚原子粒子的运动和方向。科学家普遍相信，未来的诺贝尔物理学奖可能再次出现在量子物理学领域，量子计算机和量子通讯成果可能获得诺奖。

　　为什么为大爆炸遗存的中微子提供的额外检测能量非常少？能量植入的独特性可能与中微子的物理特性有关，原初中微子的波长在宇宙时空大膨胀的过程中被不断拉长，宇宙背景温度逐渐冷却下来，我们的宇宙时空经历了大约138亿年的连续膨胀，宇宙时空持之以恒的膨胀过程使得从宇宙大爆炸中诞生的中微子冷却下来，它们的温度下降了数十亿倍，与起源于太阳的中微子相比，它们通常只有很少的能量，当氚元素捕获了冷中微子时，从中产生了一个狭窄的能量峰值，它仅仅高于从氚元素的衰变释放出电子的最大能量值。

　　科学家确认大爆炸遗物的中微子的困难性不会轻易结束，中微子采取了不同形态，它们的能量峰值可能更高一些、或更低一些，中微子的能量峰值取决于两个因素，一个决定的因素是中微子是否拥有自己的反粒子——反中微子，好像普通物质粒子拥有相应的反物质粒子一样；另一个决定的因素是中微子是否不同于反中微子。如果中微子在几十亿年的衰变之中变成了某种未知的更轻粒子，那么中微子的能量峰值可能不会出现，或者科学家难以检测原初中微子的存在。