中微子真的可以轻松穿过地球吗?

按照粒子物理学的理论预言,中微子具有极强的穿透力,甚至可以轻易穿过一万个地球而不被吸收掉,目前关于中微子还有很多未解之谜;在1987年的一次超新星爆发事件中,科学家对中微子的探测过程,证明了中微子可以轻易穿过地球。

幽灵粒子

在上世纪,科学家发现在β衰变中质量不守恒,为了解释这个现象,奥地利物理学家泡利提出一种质量很小的中性粒子——中微子,直到1956年,科学家才首次探测到这种粒子。

按照理论预言,中微子不参与强相互作用和电磁相互作用,只参与万有引力作用和弱相互作用,而弱相互作只在10^-19m尺度有效,现有的研究数据表明,中微子的质量小于电子质量的千万分之一,所以中微子的弱相互作用和引力作用都非常弱,基本不与物质参加反应。

穿透力有多强

中微子的穿透力极强,哪怕是一万个地球排成一排,一个中微子都能很轻易地穿过而不被吸收;我们的太阳每时每刻都在进行着核聚变反应,核聚变反应会产生大量的中微子,理论估计,每秒都有上万亿个来自太阳的中微子穿过人体(夜间也一样),但是我们丝毫感觉不到。

日本超级神冈探测器建设于1983年,原本用于研究质子的衰变实验,后来更改为中微子探测器,该探测器建于地下1千米处,内部有一个直径差不多40米的圆柱形容器,里面装有5万吨超纯水。

理论估计,每秒有数千万亿个中微子穿过探测器,但是在正常情况下,探测器每天只能检测到几十个中微子与超纯水发生反应,而且无论白天夜晚都一样。

1987A超新星

在1987年2月23日,天文学家观测到近400年来最亮的一次超新星爆炸,该超新星位于16万光年外的大麦哲伦星云,超新星爆发释放了大量的高能中微子。

当时全世界共有三个中微子探测器监测到了超新星爆发,分别是:超级神冈探测器(日本)、巴克三中微子观测所(前苏联),另外美国也有一个中微子探测器。

此次超新星的中微子爆发只持续了13秒,也正是这短短13秒的时间里,日本的探测器异常地检测到11个中微子,前苏联的检测到5个,美国的监测到8个,这样的频率对平常来说是异常的,意味着有重大天文事件发生。

然后在3小时之后,1987A超新星的可见光才传播到地球,被人类的天文望远镜观测到,也就是说在超新星爆发事件中,中微子的爆发要比可见光提前,那是因为超新星爆发是从恒星内部坍缩开始的,中微子可以轻易穿过恒星,比可见光提前发出。

而且关键在于,大麦哲伦星云是南天星云,北半球的绝大部分地方是看不到的,三个中微子探测器位置也处于视野盲区,当时它们都探测到了中微子的爆发,说明这些中微子是穿过地球,从地球的另外一侧到达的探测器,间接证明了中微子具有极强的穿透力。