哪种物质能穿透地球?中微子,暗物质暗能量,三选一,选对了吗?

已知的物质中肯定能穿透地球的也许只有中微子一种了,当然还有几种不确定物质,比如暗物质,还有引起宇宙膨胀的暗能量。中微子是怎么穿透地球的,又有什么物质能挡住它,另外暗物质和暗能量到底能不能穿透,我们来做个简单分析。

中微子的超强穿透力

在标准粒子模型中,中微子是是属于费米子,它和电子u子以及τ子都属于轻子。

我们简单介绍写费米子和玻色子,费米子属于物质不可分割的最小单位,也就是造房子用的砖块,玻色子则是连接费米子之间的水泥砂浆,这样来理解就知道了!

中微子不带电的中性粒子,曾经因此而泡利在预测时被称为中子,当然这个桥段就不说了,后来中子发现后,费米和泡利商量把它改成为中微子。

在粒子物理的标准模型中,它的静止质量为零,但我们知道它肯定是有质量的,因为它无法达到光速(中微子速度比光速低0.0006%左右),它的质量估计只有电子的万分之一,熟悉基本粒子的朋友肯定知道,电子的质量在原子中经常是被忽略的,所以你可以想象中微子的质量有多小。

中微子的尺寸,在标准模型中,中微子被看成是一个点,但其有效尺寸可以通过电弱作用截面定义,平均电弱特征为:r2 = n × 10^?33 cm2(n × 1 nb)n的取值是电中微子3.2,μ中微子1.7,τ中微子1.0,其实这么小,差那么一丢丢实在没啥感觉。

四大基本作用力

讲中微子的穿透力,不说四大基本作用力实在说不过去,我们知道物质世界有四大作用力有引力、电磁力、强力和弱力四种,未来会不会有第五种我们不知道,但现在只有四种!

中微子不带电,所以电磁力没有影响,亚原子尺度下,而且中微子质量极轻,因此引力可以忽略,它也不收强作用力影响,宇宙间最强大的三大作用力对其无可奈何,而仅仅会受到弱里作用,尺度在10^-19M以下

因此中微子穿透力是超强的,原子内部的空间对于中微子实在太大了,而即使质子内部也是畅通无阻,因为夸克与夸克之间的距离非常“遥远”,是夸克尺寸的上万倍。只有极低的概率才会撞上夸克,受到影响。

地核密度极大,能挡住吗?

地核的密度大约是水的10倍,跟太阳内核密度是水的150倍相比还是小了不少,太阳内核应该已经是简并态或者临近简并态,但即使变成简并态,也不会影响中微子,因为在质子和中子内都畅通,也就是中子态物质对中微子影响都不大,只不过会增加点碰撞概率,区区简并态和地球内核物质远未达到简并态的物质更不在话下了!

话说当你大中午站在太阳底下,你每平方厘米的横截面上都有超过650亿个来自太阳的中微子直接穿透,相信你已经被中微子打成了筛子,可你什么感觉都没有,因为它从组成你身体的物质间隙中直接穿透了!

什么物质能挡住它?

如果有一睹夸克的墙应该挡住中微子,因为会被弱相互作用吸收,这就是传说中的夸克星,这是介于中子星和黑洞之间的一种天体,当然到现在为止仍然在假想中。

另外还有一个比较有意思的过程,即在大质量恒星末期的超新星爆发中,有一个非常有趣的现象,是关于中微子的爆发的过程:

“超新星爆发的99%能量都会被中微子带走,这个级别大概是10^46J,核心区会释放出极大的中微子流,这些中微子流将和原子核相互作用,大约将传递10^44J的能量给强子物质,驱动物质向外运动,最终引发我们可见的超新星爆发(坍缩过程我们在地球上是看不到的)”

当然超新星这个中微子能量转移机理仍然在猜测中,因为仍然无法成功建立超新星爆发模型,对于这样的作用机理仍然只是在大概率的猜测中。

不过我们只关心一个非常有意思的现象,大约有10^44J的中微子能量转移给了强子物质,这说明超新星爆发时候某个过程吸收了中微子,当然我们也可以理解它挡住了中微子,而中微子将自身的能量转移给了这种物质。

暗物质和暗能量

传说中只参与引力和弱力作用的暗物质似乎也是一种穿越的选项,但我们仅仅只能通过引力透镜或者星系动力计算出它的分布,却没有在任何一个观测手段来确认这种物质的存在,因为现在两种观测手段分别是电磁力和引力,电磁力的光和其他波段可以在大尺度到微观尺度上区分物质,但对暗物质观测无效,引力波和引力透镜则在大尺度上发现,对找到物质这种方式欠缺足够手段。

乳白色为暗物质分布示意图,黄色为背景星系

暗能量则更是虚无缥缈,传说中它是产生空间膨胀的斥力的,但它是如何产生的,是不是基本作用力都两眼一抹黑,我们仅仅根据大尺度上的宇宙退行观测发现,在40亿年前宇宙的膨胀还是引力起到主导作用,但在40亿年后逐渐有斥力占据主导,这是1998年“超新星宇宙学项目”和“高红移超新星探测组”对Ia型超新星观测得知,宇宙正在加速膨胀。但暗能量的为什么会导致膨胀,我们一概不知

从理论上暗能量的均匀分布来看,也许它可能是弥散在宇宙所有区域的,当然包括地心,所以这两种物质可能都穿过了你我,但我们根本无从感觉。