第五百一十一章 中微子

第五百一十一章 中微子 (第2/2页)

因此，在标准模型中，中微子是没有质量的。
　　
　　然而，1998年日本超级神冈实验（Super-K）发现大气中微子存在振荡现象，即中微子在飞行中可以变成其他种类的中微子。
　　
　　与更早的太阳中微子失踪之谜，稍晚的SNO（太阳中微子）、KamLAND（反应堆中微子）、K2K（加速器中微子）等实验的结果一起，形成了中微子振荡的坚实证据。
　　
　　中微子振荡说明中微子有质量，只不过它非常非常小，以至于即使以这个世界的人类科技水平，依旧没办法将中微子质量精准测量出来。
　　
　　将中微子质量纳入标准模型中看上去不是大问题，像电子一样给它加一个质量项似乎就可以了。
　　
　　不过马上就会碰到两个问题。
　　
　　一个问题是怎么加。中微子自旋为1/2，是费米子。
　　
　　其他的费米子都是带电荷的，而中微子不带电。
　　
　　这样，中微子可以像其他费米子一样，是狄拉克粒子，有一个狄拉克质量项，也可以是一种特殊的马约拉纳粒子，即它的反粒子就是它自身，只是螺旋度相反。
　　
　　另一个问题是中微子质量太小，如果简单加一个狄拉克质量项，那么它的质量与最重的顶夸克相差一万亿倍。
　　
　　同一个希格斯粒子，既要产生顶夸克那么大的质量，又要产生中微子那么小的质量，如此悬殊的差距让人很难相信。
　　
　　有一类很受物理学家喜欢的理论，叫“跷跷板机制”，它假定中微子是马约拉纳粒子，同时存在尚未被发现的、质量远大于电弱能标的重中微子，这样中微子的微小质量可以得到很自然的解释。
　　
　　不过重中微子是无法填进标准模型的三代结构中的。
　　
　　不管是对于这个世界的物理学界，还是对于地球上的物理学界，中微子都有大量谜团尚未解开。
　　
　　首先它的质量尚未直接测到，大小未知；其次，中微子与它的反粒子是否为同一种粒子也不得而知；第三，中微子振荡还有两个参数未测到，而这两个参数很可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；第四，它有没有磁矩；等等。
　　
　　因此，中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉与热点学科。
　　
　　目前，在这个世界，中微子主要有两大应用。
　　
　　其一就是中微子通讯。
　　
　　由于地球是球面，加上表面建筑物、地形的遮挡，电磁波长距离传送要通过通讯卫星和地面站。
　　
　　而中微子可以直透地球，它在穿过地球时损耗很小，用高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减千分之一，因此从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至中国。
　　
　　将中微子束加以调制，就可以使其包含有用信息，在地球上任意两点进行通讯联系，无需昂贵而复杂的卫星或微波站。
　　
　　应用之二是中微子地球断层扫描，即地层CT。
　　
　　中微子与物质相互作用截面随中微子能量的提高而增加，用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的中微子束定向照射地层，与地层物质作用可以产生局部小“地震”，类似于地震法勘探，可对深层地层也进行勘探，将地层一层一层地扫描。
　　
　　但这种地球断层扫描的精准度相当有限，误差达到了数十公里，在这种条件下，想要通过地层CT在地核内锁定落日六号的位置，无异于大海捞针。
　　
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