“宇宙信使”中微子携带遥远的信息

“宇宙信使”中微子携带遥远的信息
2020年01月19日 23:22 新浪网 作者 邓如山

南极“冰立方”天文台对神秘中微子探索取得了新进展,中微子是人类的“陌生朋友”,它们穿越了人们的身体和一切前方的物体,人们一直浑然不知,中微子的路途可能近、可能远,远到宇宙最遥远区域的“天涯海角”。人类“安生立命”的地球遭遇数以亿万次中微子的不间断轰击,它们无声无息地穿越地球,可以用网络流行词汇“飘过”来形容,地面上的房屋、动植物、人都经历了中微子“洗礼”。中微子仅在十分罕见的情况下和物质粒子发生相互作用,然而,巨大的南极“冰立方”实验室检测到了中微子的踪迹,它们和冰立方的原子产生了碰撞,冰立方探测器的网络系统记录了中微子和冰原子碰撞的信息。尼尔斯·波尔研究所的科研人员在南极冰立方实验室检测了中微子,他们计算了中微子的物理参数,对中微子奇异性有了更多认识。《物理学评论D》杂志记录了中微子科研团队的成果。

中微子是自然界最丰富的物质粒子之一,它们的数量远远超过了整个宇宙的原子,中微子“远在天边,近在眼前”,人们对它们了解的少,合适的检测手段不多。中微子产生于“开天辟地”的宇宙大爆炸,它们不仅随宇宙的诞生而出现,而且通过太阳内部的核聚变反应和超新星暴的物理方式而产生。中微子被科学家称之为“幽灵粒子”,它们很少与其它物质粒子发生作用,在们在太空的旅行几乎不受干扰,一路前行。

“宇宙信使”中微子携带遥远的信息

南极冰立方实验室聚集了全世界44个研究机构和12个国家的科研人员,科研人员在“科学好声音”的国际舞台不仅为了享受科学探索的乐趣,而且为了发现神秘的粒子和粒子的神秘。冰立方实验室是一个超大型粒子探测器,它被植入南极很深的冰层,探测器由86根电缆连接,每根电缆连接了86个数字化光模块,它们是极为灵敏的光感器,每根电缆被植入冰层下的空洞,工程技术人员用热水钻头开凿了24公里长的冰洞,光感器被植入冰层以下深部区域,它的最浅位置在冰层以下1、5公里,它的最深位置在冰层以下2、5公里。

探测器连接成网,形成了巨大的南极冰立方体。中微子和物质粒子的相互作用极其微弱,它们和冰原子的碰撞也十分罕见,罕见的碰撞发生时产生了带电粒子,极其敏感的数字光模块可以探测带电粒子的微弱辐射。哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所的助理教授、南极冰立方项目组的主管詹森·科斯基宁解释说,他们的科研团队在冰立方项目合作的研究中记录了35个中微子,它们非常有可能来自遥远的太空区域,记录的中微子带有非常高的能量,而它们在太空的长距离旅行没有发生相互作用,遥远的“太空来客”携带了宇宙最遥远区域的信息。除了捕获罕见的宇宙中微子,科研团队同时在捕获地球大气层的中微子,以更好地了解它们的物理属性。

“宇宙信使”中微子携带遥远的信息

高能粒子(质子)产生于十分剧烈的物理事件,诸如:超新星暴和活跃的类星体,宇宙线和地球大气层的碰撞激发了中微子,它们不费“吹灰之力”穿越了地球,在地球北极形成的中微子径直地穿越地球,极少部分的中微子和南极冰立方的冰原子发生碰撞,“守株待兔”的光感器记录了可能的碰撞事件。中微子“轻如鸿毛”,长期以来,科学家一直认为中微子不带有一点质量,科学家现在改变了看法,中微子含有一丁点质量点,三种类型的中微子分别是电子中微子、缪子子中微子和陶子中微子,每种中微子含有稍许的特定质量,它们的质量不到电子质量的百万分之一。在北极大气层主要产生了缪子中微子,它们穿越了地球1、3万公里直径的距离,缪子中微子经历了量子涨落,从一种形态变成了另一种形态的陶子中微子,科研人员在地球另一端的南极冰立方实验室探测的对象是陶子中微子,科研团队在更加细节的程度上探测中微子形态的变化,以了解它们的物理性质。

尼尔斯·波尔研究所的科研团队在南极冰立方实验室对地球大气层中微子开展了了三年多的探测活动,他们分析了5200次大气层中微子和冰立方冰原子产生的碰撞事件,科研团队证实了中微子的量子涨落现象,他们在高能水平上计算了中微子发出的振荡幅度,科研团队仅测量了缪子中微子,他们将北极大气层的中微子数量和穿越地球的中微子数量进行了比较,在南极冰立方实验室记录了很少的中微子数量,缪子中微子通过量子涨落转变为陶子中微子,假如没有中微子的形态变化,那么科研人员不能接收陶子中微子的信号,计算结果显示,20%的中微子在穿越地球时经历了量子涨落,从缪子中微子变成了陶子中微子。

中微子是宇宙的信使,许多有关中微子的疑问等待解答,人们想要了解更多奇特粒子的特性,中微子在宇宙中无处不在,人们对它们的属性没有完全了解,一些中微子来自遥远的太空,对中微子属性的探测和认识帮助科学家建立一门新的学科——中微子天文学,从中微子天文学的角度认识宇宙的结构和演化。

“宇宙信使”中微子携带遥远的信息

(编译:2015-4-20)

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