它从太阳核心来,每秒钟数万亿粒子穿过你的身体,终于被人类发现

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资讯发布 发表于 2020-7-1 13:38:31 | 显示全部楼层 |阅读模式

当你刚刚开始看这篇文章的时间,已经有数万亿颗中微子从你的身段中穿过,而你却全然不知。

它从太阳核心来,每秒钟数万亿粒子穿过你的身段,终于被人类发现

(图片分析:没有人知道中微子到底是什么样的,但它和宇宙的运气味息相关)

“永远也找不到”的粒子

中微子是宇宙中最秘密的粒子之一,它不与我们已知的其他任何粒子有明显的相互作用,因此我们想要检测它非常困难。而且它体积和质量都极小,以是纵然从你的身段中穿过去,也不会给你带来任何的伤害和感受。别说是你,连地球都会被它穿透。

正是由于这样的性子,当闻名物理学家泡利在预言这个粒子的时间都自信地说:人类大概永远也找不到这种粒子。不外,最终物理学家们还是通过他们的才智,发现了这种粒子。

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(图片分析:泡利声称中微子不大概被发现,但是临终前两年被“打脸”)

这数万亿个中微子中,有一些来自于宇宙以及我们建立的核电站,但绝大部分都来自于我们头顶上的太阳,它在进行核聚变的过程中会释放出巨量的中微子。关于太阳中微子的检测,科学家们已经进行了许多年,而且乐成地检测到了它们的存在。不外此前检测到的太阳中微子,只是其中一种“配方”。最近,在意大利从事Borexino实验的科学家们经过多次的努力,终于捕获到了第二种“配方”的中微子。

碳氮氧循环

这个“配方”,物理学家们称之为CNO。所谓的CNO,指的是太阳的碳-氮-氧循环(三个元素的符号)。碳氮氧循环也叫贝斯-魏茨泽克-循环,是恒星核心处将氢转换成氦的两种过程之一(另一个就是我们熟知的核聚变)。这个循环通常发生在太阳或者比太阳更小的恒星中,其反应过程如下:

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(图片分析:碳氮氧循环反应方程式)

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(图片分析:碳氮氧循环示意图)

当我们将这些方程式“叠加”在一起就会发现,它的本质就是4个质子最终转化成一个α粒子(氦原子核)、2个正电子(与电子泯没,以γ射线的形式释放出能量)以及2个中微子,碳、氮、氧都是起到催化剂的作用。在太阳的核心处,约莫有1.7%的4氦核是通过这个循环合成的。别的,另有0.04%来自于特殊形式的碳氮氧循环。

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(图片分析:特殊形式的碳氮氧循环)

中微子本就难以探测,而CNO中微子更是轻易稠浊在其他中微子中,以是人类始终只闻其名,不见其真容。科学家为了寻找这个循环的证据已经努力了几十年,如今终于有所收获。

来自意大利米兰国家核物理研究所的物理学家Gioacchino Ranucci指出:“利用这个结果,Borexino终于完全揭开了为太阳提供能源的两个过程的秘密。”

Borexino实验

CNO中微子之以是难以发现,就在于我们很难将它和太阳释放的其他中微子区分开来。

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(图片分析:Borexino实验的主体装备)

为此,Borexino的科学家们筹划了一套非常复杂的实验装备。简朴来说,它的主体是一个巨大的不锈钢球,而且在其中装入偏三甲苯(pseudocumene)作为闪灼溶剂。当中微子在偏三甲苯中穿越的时间,会出现非常微弱的闪灼现象,证明它的存在。为了屏蔽掉其他的宇宙粒子,他们将这套装备置于水箱之中,而且整个实验室都建立在深深的地下

即便如此,中微子的现象也不是那么轻易捕捉。我们刚才说了,中微子险些不与其他粒子发生反应。由于原子的绝大部分空间都是空的,原子核和电子只占了极小的位置,以是中微子可以轻松穿越一颗原子。它们只有10^-46平方厘米的小窗口内通过,才有盼望撼动原子核。

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(图片分析:Borexino是天下上最好的中微子探测实验之一)

幸亏中微子是宇宙中含量第二多的粒子,以是平均下来每天也有那么几十个中微子会足够靠近原子核,然后被我们发现。

而Borexino实验则对溶剂进行了长达数年的微调,使其能够剔撤消具有特定冲击力的(即质子-质子链反应过程产生的)中微子,最终专注于观察其他核反应过程中产生的中微子。

早在2007年的时间,他们就已经检测到了铍-7和硼-8等同位素的生产,让当代物理尺度模子进一步完善。而这一次,他们实现了对背面元素的检测,证明了太阳内部的碳氮氧循环。他们先容说,地球上每平方厘米的面积上,每秒钟就有约莫7亿个CNO中微子穿过

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(图片分析:图中密密麻麻的都是光电倍增管,当中微子被检测到时,它们会产生电信号提醒科学家)

一石激起千层浪

虽然这次研究只是在中微子2020网络会议上有所先容,其细节还没有经过偕行评审,但是此消息一经公布,就敏捷吸引了物理学家们的浓厚爱好。

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(图片分析:Borexino实验可以同时统计太阳核心多种核反应过程释放的中微子)

来自澳大利亚国立大学的粒子物理学家Lindsey Bignell虽然没有加入本次研究,但是他一直在密切地关注着偕行们的工作。他指出:“Borexino合作项目标探测结果代表了一个好汉式的成就巅峰,他们将配景中的干扰消除了足够的水平,最终探测到了CNO中微子。这些结果对于我们来说至关重要,另有望办理太阳内部金属元素的题目。”

说起来简直有点希奇,但是我们对于太阳的金属元素含量相识确实比较有限,当我们用两种方法进行探测的时间,两个结果相差到达了28%。科学家们寄盼望于通过CNO中微子能够采用第三种方法进行盘算,告诉我们到底哪一个数据是精确的(固然,也不扫除得到第三种结果的尴尬大概性)。

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(图片分析:Borexino也可以测量地球核心处放射性元素衰变时释放的中微子)

我们必要利用CNO中微子确定太阳内部的碳、氮、氧元素的含量,这对于我们理解太阳的形成和演化来说非常有帮助。在比太阳更重的恒星中,碳氮氧循环过程发生得更加频繁,但是在能够近隔断探测它们之前,我们只能通过太阳的CNO中微子相识这些恒星的演化进程。更重要的是,中微子还连累着整个宇宙的运气。

总结

除了上面说的两种核聚变之外,太阳核心处另有许多种形式的核聚变反应,比如pep反应Hep反应等等。我们不大概真的进入太阳内部进行探测,以是中微子就成为了我们研究太阳内部核反应的重要工具。

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(图片分析:我国的江门中微子实验)

同时,中微子也和宇宙的运气有着密切的关系。有些科学家认为,中微子是暗物质的最有盼望候选者。与此同时,中微子也是表明为何宇宙中物质比反物质多的一把钥匙。因此,中微子的研究也成为了天下各国物理学家的重点观测对象。在我国也有许多中微子实验,正在揭秘这个特殊的粒子,信赖宇宙的真面目正在一点点向我们展现,


来源:https://www.toutiao.com/a6843203070650745347/
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