牧瀨

貫穿地球的幽靈

“鐵罐頭”小心翼翼地穿過(guò)小鎮(zhèn)。

中微子與我們熟知的電子、光子一樣，也是基本粒子，在宇宙中無(wú)處不在。它們的奇特之處在于能輕松穿過(guò)世界上的絕大多數(shù)物質(zhì)，就連地球也不例外，它們僅需0.04秒就能穿過(guò)地球，以接近光速的速度飛奔。伸出你的手，光是指甲蓋那么小的地方，每秒就有660億個(gè)中微子穿過(guò)。就在你閱讀這篇文章的時(shí)候，它們也在一刻不停地穿過(guò)你的身體。

但不用害怕，這種粒子不會(huì)對(duì)你造成半點(diǎn)傷害，你也感覺(jué)不到它們的存在。它們像幽靈一樣，幾乎不可能撞上原子內(nèi)的原子核和電子，總是輕松穿過(guò)原子，不留下任何影響。

因此，中微子極難被發(fā)現(xiàn)，自1930年被提出后，科學(xué)家用了二十多年才找到它的蹤跡。

最小的粒子，最大的秘密

你或許思考過(guò)地球怎么誕生的，那你是否想過(guò)，質(zhì)量是怎么來(lái)的？

無(wú)論是你的身體，還是水、空氣、星球，都具有質(zhì)量，質(zhì)量是物質(zhì)最基本的屬性之一，似乎世間萬(wàn)物本來(lái)就應(yīng)該有質(zhì)量。你能跳多高？火箭要多快的速度才能飛離地球？質(zhì)量對(duì)于許多物理問(wèn)題都至關(guān)重要。不過(guò)，在科學(xué)家眼里，質(zhì)量的起源也和宇宙的誕生一樣神秘。而質(zhì)量起源的答案，可能就藏在小小的中微子身上。

世界上最靈敏的體重秤

KATRIN的內(nèi)部

想知道自己有多重，只要站到體重秤上就可以了;但對(duì)于難以捉摸的基本粒子，人們無(wú)法直接測(cè)出它們的質(zhì)量?？茖W(xué)家已通過(guò)各種復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)算出了多種粒子的質(zhì)量，稱(chēng)量中微子卻仍是個(gè)難題。于是，多國(guó)科學(xué)家共同合作，打造了這個(gè)名為“KATRIN”的巨型儀器，用它來(lái)“稱(chēng)”中微子的質(zhì)量。

看起來(lái)笨重粗獷的KATRIN，其實(shí)是迄今為止最靈敏的秤，但它還是不能直接稱(chēng)量中微子，而是通過(guò)測(cè)算能量變化入手，因?yàn)槲镔|(zhì)的質(zhì)量可以轉(zhuǎn)換成能量。例如，原子彈的破壞力驚人，是因?yàn)樗诤肆炎兎磻?yīng)中損失了一點(diǎn)質(zhì)量，這些質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了巨大的能量。物質(zhì)的質(zhì)量可以轉(zhuǎn)換成能量，那中微子帶走的能量也可以反過(guò)來(lái)代表它的質(zhì)量。

五十萬(wàn)分之一

在KATRIN的幫助下，科學(xué)家終于得到了中微子質(zhì)量的估計(jì)值。

電子是第二輕的物質(zhì)粒子，質(zhì)量約為9.1×10-28克;而最輕的物質(zhì)粒子——中微子，質(zhì)量?jī)H為電子的五十萬(wàn)分之一。同是物質(zhì)粒子，中微子輕得簡(jiǎn)直不可思議，將其他粒子遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后頭。 未來(lái)，科學(xué)家們還將進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)會(huì)在3～5年內(nèi)得到更精確的結(jié)果。當(dāng)中微子的身世之謎最終被揭開(kāi)時(shí)，人類(lèi)對(duì)世界的認(rèn)識(shí)也將更進(jìn)一步。