91精品国产手机在线-白筒袜嫩萝双腿之间乳白液体-青青操手机在线视频观看-日本中文字幕人妻日韩-日韩精品在线观看视频网站-天堂资源中文最新版在线一区-欧美专区一区二区三区-国产综合亚洲欧美在线-国产精品久久久久久福利69堂

  1. 首頁 > 生活百科 >

光速 “神奇粒子”中微子能否超光速它如果超光速會怎么樣

曾經(jīng)意大利格蘭薩索國家實驗室下屬的一個名為“OPERA”的實驗裝置，接收到來自歐洲核子研究中心的中微子。經(jīng)測算，中微子在跑過這段732公里距離所用的時間，比光還快了60納秒（1納秒等于十億分之一秒）。這一結(jié)果給科學(xué)界帶來了巨大困惑，因為這與愛因斯坦狹義相對論中光速是宇宙速度的極限，沒有任何物質(zhì)的速度可以超越光速的理論相悖。正在學(xué)術(shù)界將信將疑之際，同年10月，歐洲核子研究中心優(yōu)化了實驗方案并開始復(fù)核中微子超光速實驗，最終認(rèn)為“新的測量方法沒有改變最初的結(jié)論”。光速 “神奇粒子”中微子能否超光速它如果超光速會怎么樣
文章插圖
難道這條重要的物理定律真的要被改寫？光速并不是宇宙速度的極限！這一爆炸性新聞如石破天驚，不僅引起了學(xué)術(shù)界的震動，也引起了廣大科學(xué)粉絲的情緒亢奮。什么是中微子？什么是暗物質(zhì)？這些深奧的科學(xué)內(nèi)容一時間成了人們討論的熱門話題。為此筆者撰文對中微子及其相關(guān)的問題作一個回顧和簡述。發(fā)現(xiàn)中微子：眾里尋她千百度說起中微子的發(fā)現(xiàn)，則要追溯到上世紀(jì)20年代末。科學(xué)家在研究β衰變（即原子核輻射出電子轉(zhuǎn)變成另一種核）時，發(fā)現(xiàn)在這個過程中有一部分能量不知去向，這使科學(xué)家們不勝困惑：在亞原子過程中能量守恒定律是否還成立？當(dāng)時年僅30歲的奧地利物理學(xué)家泡利對能量守恒定律深信不疑，并以非凡的直覺預(yù)言：在此過程中，必定還有一種不帶電的，質(zhì)量極小的，與別的物質(zhì)相互作用極弱，以至無法探測到的新粒子釋放出來，就是它帶走了那一部分能量。他把這種未知的粒子叫做“小中子”，就是現(xiàn)在說的“中微子”（意大利語：Neutrino，字面上的意義為“微小的電中性粒子”，又譯作微中子）。光速 “神奇粒子”中微子能否超光速它如果超光速會怎么樣
文章插圖
1942年，美國物理學(xué)家艾倫按照我國物理學(xué)家王淦昌提出的方法，首次通過實驗間接證實了中微子的存在。由于中微子與物質(zhì)的相互作用很弱，要直接探索到中微子是非常困難的，連泡利本人也認(rèn)為中微子也許永遠(yuǎn)測不到。然而，困難并不能阻礙科學(xué)的進展，在泡利提出中微子假說26年之后，1955年美國洛斯阿拉莫斯實驗室的萊因斯和考恩在核反應(yīng)堆的β衰變過程中，觀測到了中微子誘發(fā)的反應(yīng)，這是第一次從實驗上得到中微子存在的證據(jù)。他們把400升醋酸鎘水溶液作為靶液，放入新投入使用的核反應(yīng)堆中（作中微子源），每小時測得2.8個中微子，與理論預(yù)測完全一致。萊因斯因此榮獲了1995年諾貝爾物理學(xué)獎。光速 “神奇粒子”中微子能否超光速它如果超光速會怎么樣
文章插圖
萊因斯捕捉到的中微子與泡利預(yù)言的中微子一樣，都是原子核在β衰變發(fā)射電子時放出的，稱為電子中微子。1936年μ子發(fā)現(xiàn)后新的問題又出現(xiàn)了。μ子主要是由π介子衰變而來的，屆時也會產(chǎn)生中微子，那么此中微子與彼中微子是否相同呢？為此美國物理學(xué)家萊德曼、施瓦茨和斯泰因貝格爾在布魯克海文國立實驗室，利用300億電子伏特同步加速裝置所提供的高能μ子中微子進行實驗，從1960年至1962年間做了300小時的觀察，結(jié)果證實了這是兩種不同的中微子。他們?nèi)灰惨虼藰s獲了1988年諾貝爾物理學(xué)獎。話分兩頭，1975到1977年間，美國斯坦福大學(xué)教授佩爾在該校的加速器上做電子對撞實驗時，又發(fā)現(xiàn)了一種壽命很短的新粒子，定名為τ子。τ子也有相對應(yīng)的中微子，稱為τ子中微子。早在十幾年前，美國費米國家實驗室宣布發(fā)現(xiàn)了τ子中微子存在的證據(jù)。光速 “神奇粒子”中微子能否超光速它如果超光速會怎么樣
文章插圖
現(xiàn)代宇宙學(xué)通過理論計算告訴我們：中微子的種類上限為3，即有3種中微子，它們是電子中微子、μ子中微子和τ子中微子。而每一種中微子都有相對應(yīng)的反中微子。從泡利對中微子存在的預(yù)言，到本世紀(jì)初對3種不同類型中微子的理論預(yù)測，全部都被實驗證實。整整歷時80年，可謂任重而道遠(yuǎn)。探索中微子：路漫漫兮其修遠(yuǎn)兮電子中微子被證實之后，圍繞著中微子的研究課題就及時展開了。讀者也許要問，中微子與物質(zhì)的相互作用十分微弱，又難以捉摸，研究它有何意義呢？當(dāng)然一個中微子是無足輕重的，但是，在我們這個宇宙中，中微子的數(shù)量極多，充滿了宇宙的每個角落，平均每立方厘米就有300個左右的中微子，數(shù)量與光子差不多，比其他所有的粒子要多幾十億倍呢！所以中微子對整個宇宙來說有舉足輕重的作用。另外，中微子還有一種本領(lǐng)，它能夠在星球的內(nèi)部暢行無阻，因此它可以把太陽和其他星球的內(nèi)部信息帶給我們。科學(xué)家們還想利用中微子的這種特點來做地球的斷層掃描，讓埋在地球深處的奧秘一覽無余；還設(shè)想讓中微子穿透地球內(nèi)部傳送信息，這樣長距離通訊就用不著經(jīng)過衛(wèi)星和地面中繼站兜圈子了……基于中微子的上述特點，幾十年來高能物理學(xué)界對中微子的探索和研究一直積極地進行著。然而令人沮喪的是，雖然研究也取得了一些成果，但在幾個關(guān)鍵的問題上仍沒有確鑿的定論。筆者將它們戲稱為像風(fēng)像雨又像霧。大抵說來有3大問題存疑：中微子有沒有質(zhì)量？中微子是暗物質(zhì)嗎？太陽中微子失蹤之謎（見下頁鏈接“中微子的三大謎團”）。中微子超光速：想要信你不容易從1980年起天文學(xué)家就對中微子的速度進行偵測，結(jié)果顯示中微子的速度就是光速。但是到了1987年，當(dāng)超新星SN 1987A爆發(fā)時，世界各地有三臺中微子偵測器各自探測到5到11個中微子。有趣的是，在SN 1987A爆發(fā)的光線來到地球之前3小時，中微子就已經(jīng)被偵測到了。對于這個現(xiàn)象，當(dāng)時科學(xué)家把它解釋為：當(dāng)超新星爆發(fā)時，中微子比可見光更早被發(fā)射出來，而不是中微子比光速快。當(dāng)然，這個速度亦與光速十分接近。2011年9月，位于意大利格蘭薩索國家實驗室的 OPERA實驗小組宣布觀測結(jié)果：研究人員發(fā)現(xiàn)，中微子的移動速度比光速還快。他們的實驗裝置接收到來自歐洲核子研究中心的中微子，經(jīng)測算，中微子在跑過這段732公里距離所用的時間，比光還快了60納秒（1納秒等于十億分之一秒）。這可是非常顯著的差異。如果此結(jié)果被證實的話，將會引起理論物理學(xué)界的大震撼。然而，愛因斯坦的狹義相對論已經(jīng)經(jīng)過無數(shù)次科學(xué)實驗和天文觀測的證實，也是近代物理學(xué)和天體物理學(xué)的重要支柱，要想否定它恐怕沒有那么容易。

推薦閱讀