中微子是什么？研究中微子到底有什么意義呢？我們還是一步一步來講解。

中微子是輕子的一種，是組成自然界的最基本的粒子之一，常用符號希臘字母v表示。中微子個(gè)頭小、不帶電，可自由穿過地球，自旋為1/2，質(zhì)量非常輕（有的小于電子的百萬分之一），以接近光速運(yùn)動(dòng)，與其他物質(zhì)的相互作用十分微弱，號稱宇宙間的“隱身人”?？茖W(xué)界從預(yù)言它的存在到發(fā)現(xiàn)它，用了20多年的時(shí)間。

(資料圖片僅供參考)

中微子這種強(qiáng)悍的穿透力讓科學(xué)家吃盡了苦頭，為了看到它，科學(xué)家只能守株待兔，讓大量中微子與大量探測物質(zhì)接觸，雖然單個(gè)中微子的反應(yīng)幾率小，但是總量上來以后，還是能看到一些中微子發(fā)生反應(yīng)事例的。為屏蔽其他粒子的干擾，中微子探測器一般都建在地下數(shù)百甚至上千米的礦井或者山洞中。此次發(fā)現(xiàn)OPERA實(shí)驗(yàn)組屬于意大利格朗薩索國家實(shí)驗(yàn)室，它位于橫穿意大利的格朗薩索山脈中，一條高速公路隧道連接山的兩邊，中間有3個(gè)大山洞，洞中建起了這個(gè)世界上最大的粒子物理實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室在地下1400米深處。

2013年11月23日，科學(xué)家首次捕捉高能中微子。而新一代的國際中微子實(shí)驗(yàn)，包括測量三種中微子的質(zhì)量順序以及中微子CP破壞的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃都是根據(jù)大亞灣實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

研究中微子的意義，從微觀世界來講，可以研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成，宏觀上也涉及到宇宙的起源，中微子具有優(yōu)異的穿透性能，所以能夠通過研究中微子，得到遙遠(yuǎn)地方的天體的信息。 還有，中微子通信是一個(gè)研究方向，它具有很強(qiáng)的方向性和優(yōu)異的保密性能.它可以直接穿越地球傳播。

中微子可以用來解釋宇宙的起源問題?？茖W(xué)家相信，宇宙在大爆炸之初，同時(shí)產(chǎn)生了物質(zhì)世界和反物質(zhì)世界，在宇宙的起源和演化過程中，曾經(jīng)存在過反物質(zhì)世界，只是它后來消失了。它消失到哪里去了？要揭示反物質(zhì)世界的消失之謎，就要從現(xiàn)存的物質(zhì)世界中找尋蛛絲馬跡，而科學(xué)家普遍認(rèn)為，廣泛存在于物質(zhì)世界中的中微子，就包含了反物質(zhì)世界是如何消失的重大信息。在100多億年前，由于中微子的作用，反物質(zhì)消失了，最終形成了我們的世界。

中微子振蕩

中微子總共有三種，電子中微子，μ中微子和τ中微子。由于中微子有質(zhì)量，它們會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，叫中微子振蕩。為了研究這種現(xiàn)象，從2009年到2011年OPERA利用位于日內(nèi)瓦的歐洲核子中心（CERN）的超級質(zhì)子同步加速器產(chǎn)生了一萬億億顆速度極大的質(zhì)子，轟擊靶標(biāo)，產(chǎn)生出一束束高強(qiáng)度高能量的μ中微子，在地下穿透重重巖石，射向OPERA的乳膠徑跡探測器，總共檢測到16000個(gè)中微子。

CERN離OPERA有730公理，在這個(gè)距離上很多μ中微子會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棣又形⒆?，檢驗(yàn)探測器上探測出的中微子，可以檢驗(yàn)粒子物理理論是否正確。這類中微子振蕩實(shí)驗(yàn)在很多國家的多個(gè)實(shí)驗(yàn)室開展，分別測量太陽中微子，大氣中微子，核電站中微子，以及加速器產(chǎn)生的中微子的振蕩，中微子跑動(dòng)的距離從數(shù)十米到一千五百億公里。

其中比較著名的有美國Homestake中微子探測器（Raymond Davis于1967年到1985年在這里發(fā)現(xiàn)了太陽中微子的振蕩，獲2002年諾貝爾物理獎(jiǎng)），日本的神岡/超級神岡探測器（小柴昌俊從1982年開始建造該實(shí)驗(yàn)室，在這里發(fā)現(xiàn)很多中微子振蕩效應(yīng)效應(yīng)，獲2002年諾貝爾物理獎(jiǎng)）。

歐洲科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，中微子速度超過光速。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)檢驗(yàn)得以確認(rèn)，阿爾伯特·愛因斯坦提出的經(jīng)典理論相對論將受到挑戰(zhàn)。光速約每秒30萬公里，愛因斯坦的相對論認(rèn)為沒有任何物體的速度能夠超過光速，這成為現(xiàn)代物理學(xué)的重要基礎(chǔ)。如果真的證實(shí)這種超光速現(xiàn)象，其意義十分重大，整個(gè)物理學(xué)理論體系或許會(huì)因之重建。

實(shí)驗(yàn)里的中微子要比光子快60納秒（1納秒等于十億分之一秒），對于這樣一個(gè)結(jié)果，歐洲核子研究中心理論物理學(xué)家約翰·埃利斯評價(jià)：“如果這一結(jié)果是事實(shí)，那的確非同凡響”。法國物理學(xué)家皮埃爾·比內(nèi)特呂告訴法國媒體，這是“革命性”發(fā)現(xiàn)，一旦獲得證實(shí)，“廣義相對論和狹義相對論都將打上問號”。他沒有參與這一項(xiàng)目，然而查閱過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。比內(nèi)特呂說，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，中微子穿過各類物質(zhì)，包括地殼，“這也許會(huì)減慢它們的速度，但絕不會(huì)增加它們的速度，讓它們超過光速”。

第二次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，中微子依舊比光提前到達(dá)了62納秒。這在與第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)論完全吻合的同時(shí)，也否定了關(guān)于中微子脈沖的持續(xù)性與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有關(guān)的猜測。10月份，歐洲核子研究中心優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)方案并開始復(fù)核中微子超光速實(shí)驗(yàn)，最終“新的測量方法沒有改變最初的結(jié)論”。

有關(guān)超光速的現(xiàn)象，來自一項(xiàng)天體物理學(xué)研究提出了一個(gè)反對理由。1987年，一顆強(qiáng)大的超新星產(chǎn)生的大量光和中微子涌向地球。雖然中微子探測器觀察到這種微粒比光早到大約3小時(shí)，但是很有可能是這種超輕粒子先開始向地球方向飛來。中微子很難與物質(zhì)產(chǎn)生互動(dòng)，它相對比較容易從爆炸的恒星核里逃逸出來，而光子會(huì)被多種元素吸收并重新發(fā)射出來，它從恒星核里逃逸出來需要更長時(shí)間。如果OPERA試驗(yàn)得出的結(jié)果與觀測結(jié)果一樣，科學(xué)家認(rèn)為中微子應(yīng)該比光早到超過4年時(shí)間。

夠通過被稱作科恩-格拉肖噴射的過程產(chǎn)生虛擬電子對，這些噴射物將會(huì)逐漸耗盡超光速中微子產(chǎn)生的能量，導(dǎo)致它們的運(yùn)行速度放慢下來。

標(biāo)準(zhǔn)物理模型的特性表明，要讓中微子的運(yùn)行速度比光快，電子也要這樣。但是如果電子中微子以O(shè)PERA試驗(yàn)提出的速度運(yùn)行，那么電子至少也應(yīng)該比光速快十億分之一。很多試驗(yàn)已經(jīng)確定電子的理論極限，這很好地排除了上述假設(shè)。但事實(shí)如何，還有待觀察。

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