中微子,神奇大案探测“眼”

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  地球是我们人类赖以生存的家园,但是到目前为止,人类也没有完全了解这颗绿色星球。比如,地球的内部是什么样的?位于地球内部的物质都在进行一些什么反应?发生一些什么样的变化?这些变化是如何影响地球的?这一系列的问题困扰了一代又一代的科学家。现在,来自地球内部的中微子为人们张开了一双探测地球内部的眼睛。
  
  中微子,宇宙中的信使
  
  中微子是基本粒子的一种,它有一种奇特的性质,那就是与其他物质几乎不发生任何反应,而且穿透力极强,任何物质都很难阻挡它。大批中微子不论碰上什么东西,都可以轻易地一穿而过还不受任何影响。它们成千上万次地穿透我们的身体,我们也毫无感觉,而且也拿它们毫无办法。它们这个独特的性质使得检测中微子的工作变得异常艰难,科学家们直到1956年才证实了它们的存在。
  宇宙到处充斥着中微子。大多数粒子和核物理反应都有中微子产生,如太阳等恒星的热核反应、粒子和原子核衰变、核反应堆、超新星爆发、宇宙线中的质子在大气层产生的簇射等。
  与光信号和电磁信号不同,中微子由于相互作用非常微弱,在星体内部一经产生,便不受遮拦地传播出来,且不受宇宙中磁场的影响,因此中微子带有“纯正”的星体内部的一手信息。这些中微子像大量充斥在宇宙空间中的信使一样,给我们地球人捎来了宇宙各处的“书信”。
  
  寻找地球内的中微子
  
  中微子是直接从星球内部跑出来的,它们带给人们的是星球内部原始而宝贵的信息。这一点给了地球物理学家很大的启发,因为地壳和地核中放射性元素在衰变过程中也会产生中微子。如果能够检测到地球内部中微子的第一手资料将对地球的研究有很大帮助。
  尽管理论上这样的可能性非常大,但是,因为中微子检测本身就非常困难,而且地球表面充斥着为数众多的中微子,所以检测来自地球内部的中微子还真不是一件容易的事情。
  位于日本神冈1000米深矿井下的中微子探测器,从2003年开始检测来自地球内部的中微子。它的工作原理是:一个巨大的圆柱形水槽中注入3000吨纯水,当中微子穿越纯水时,很可能与水中的氢和氧原子核发生反应,并同时产生一个电子,这个电子可引起微弱的闪光,经过光电倍增管的放大后,探测这种极其微弱的闪光,就可证实中微子的存在。
  功夫不负有心人。经历了整整两年的时间,在观测到的152个记录中,终于有一个中微子被认为来自地球内部,它是铀及钍等重元素发生核裂变时产生的反电子中微子。其他大多数都是来地球溜达游玩的外来物,对于研究地球内部没有参考价值。
  虽然只找到一个中微子,但这一发现结束了过去无法检测地球中微子的历史,也再一次燃起了科学家探测地球内部的希望。
  
  探测地球内部的慧眼
  
  科学家断定,他们所观察到的中微子是由铀-238或钍-232所发射出来的,这两种元素是地球诞生初期时最古老的元素。所以研究人员认为,地球内部的热量一部分可能是地球诞生初期所遗留至今的能量,另一部分是由放射性元素衰变所放出的热量。
  科学家还可以根据这些资料来推算地球内部需要多久时间才会冷却。
  中微子的运动方式(如振荡)还提供了一种新的地质观测手段。测量这些来自地球深处的中微子振荡的效应,以此计算地核的热核反应及内部构造运动的强度,这一信息将有助于人们了解地球的形成、构造以及地热的产生。这比检测和分析地震波这样的间接信息更为有力,也更为直接,因为这样获取的地球信息是直接从其内部产生的。
  中微子为人类观测地球开启了一扇新的“窗户”,随着对中微子研究的深入,人们认识地球的方式也许会因此而改变。我们相信,随着中微子检测技术的日趋成熟,人类对包括地球在内的宇宙会有更好的理解。
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