日本科學家解開宇宙起源之謎的小粒子——中微子

今天給大家帶來的是一篇關於宇宙射線的知識科普文。

在此之前,我們不得不提到的科學家是日本的一位在宇宙探測方面所獲得極大成就,併成功獲得諾貝爾獎的——梶田隆章(日語:梶田 隆章/かじた たかあき)

人物生平簡介:

梶田隆章於1959年3月9日出生在日本埼玉縣。高中時代,他對物理、生物、世界史、日本史和地球科學特別感興趣。1981年從埼玉大學理學部物理學科畢業。1986年獲得東京大學理學博士學位。

梶田教授師從於知名物理學家小柴昌俊、戶冢洋二,他與戶冢領導的研究小組,他們於1998年證實中微子震盪,2002年三人同獲潘諾夫斯基實驗粒子物理學獎。

2015年研究小組的梶田因發現了中微子震盪,證明了中微子具有質量。 與阿瑟·麥克唐納分享諾貝爾物理學獎。

日本科學家解開宇宙起源之謎的小粒子——中微子

什麼是中微粒子:

中微子作為一種神祕粒子的存在,是一種難以捉摸的基本粒子。它們質量非常小,不帶電,我們可以對比原子核的中子,也是不帶電的,但原子核的中子卻承擔了原子核中絕大部分的質量。

太陽、宇宙線、核電站、加速器等都能產生大量中微子。中微子的探測卻是比較困難,與其他物質的相互作用十分微弱,所以可以被稱為“鬼微子”。它可能是現在唯一一種已探測到的暗物質,是一種熱暗物質。

太陽輻射中的中微子:

日本科學家解開宇宙起源之謎的小粒子——中微子

中微子有三種類型,即電子中微子、μ中微子和τ中微子,分別對應於相應的輕子:電子、μ子和τ子。

所有中微子都不帶電荷,不參與電磁相互作用和強相互作用,但參與弱相互作用和引力相互作用。

中微子的性質:

太陽體內有弱相互作用參與的核反應每秒會產生10箇中微子,暢通無阻的從太陽流向太空。每秒鐘會有1000萬億個來自太陽的中微子穿過每個人的身體,可以想象如果我們身體同時被穿透100個子彈,會不會成為肉餡。

當然,無時無刻,就在不知不覺中卻有無數個粒子穿梭在我們身體以及自由空間中,然而正是這種難以證明,難以測量的鬼粒子,卻蘊含著宇宙起源的密碼。

日本科學家解開宇宙起源之謎的小粒子——中微子

宇宙中,粒子間的各種弱相互作用都會產生中微子,而弱相互作用的正是造成了恆星體內“質子-質子”反應的主要障礙,這也解釋了為什麼中微子能輕易的穿過普通物質而不發生反應。

在基本粒子標準模型中,中微子的質量被假設為零,所以中微子都以光速運行。

然而,最近幾年對中微子震盪的確認已說明中微子的質量雖小,卻不為零,因此中微子的運行速度自然要小於光速。

中微子的質量:

微子質量是一個至今尚未解決的問題。如果中微子的質量為零,則它的運動方程就是外爾方程,否則就應該用狄拉克方程來描寫。

為什麼中微子的質量的研究很重要?

中微子的質量在宇宙學方面有很重要的意義。這是因為按照大爆炸理論,中微子應在宇宙演化的早期脫耦,使得宇宙間存有較大的粒子數密度。它有無質量,以及質量的大小將直接影響宇宙的演化規律。

日本科學家解開宇宙起源之謎的小粒子——中微子

探測宇宙中被隱藏祕密:

讓我們過渡到宇宙的範圍。

中微子天文學以測量中微子的流量為主要手段,研究天體物理過程。恆星內部的核反應、超新星爆發等過程都會發出大量的中微子。我們前文說過:

第一,中微子是一種輕子,不參與強相互作用和電磁相互作用,與普通物質的反應截面很小,平均自由程很長。

第二,中微子的穿透性,可以類似太陽一樣的恆星,紅巨星,甚至是超新星。而對這些遠古中微子的探測,將解釋宇宙的誕生的能量等諸多未解之謎。

因此由於中微子與物質的弱相互作用,中微子提供了一個獨特的機會去觀察那些光學望遠鏡無法接觸的過程。

在以後的文章,我們會更深入探討中微子與衰變的相關重要信息

下面小編說些關於日本的題外話。

科技立國的日本:

日本在第二次世界大戰之後,確立了科技立國的政策,使得日本在60-70年代,經濟突飛猛進,並在80年代一躍成為亞洲第一,世界第二。

這種理科第一,教育第一的思想,是有值得我們學習的地方的。當今的科學技術日新月異,為人類的生活方便,、文化的進步做出著積極的貢獻。

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