40年怪诞预言被验证：中微子50年后像激光一样普及
作者：admin 发表时间：2020-12-27 浏览：108 海淘动态
凤凰科技讯 据gizmodo北京时间8月7日报道，物理学家预言了许多他们希望发生的现象，但在他们有生之年，这些现象可能都不会被发现。例如，一名物理学家就认为，在一定条件下，普遍存在但难以探测到的中微子(一种粒子)将能使整个原子核发生振荡。考虑到探测这种现象的难度，他本人认为提出这样的想法就够蠢了。但40年后，科学家宣布发现了这种现象。美国橡树岭国家实验室SNS实验科学家发现了一种探测相干中微子-原子核碰撞的全新方法。早在上世纪70年代，一名物理学家就预言了中微子相互作用的可能性，一些人认为，这一发现将为未来像科幻片一样利用中微子奠定基础，也有人则持更谨慎的态度。但有一点是确定无疑的：物理学家认为这一结果令人激动。伊利诺伊州费米实验室物理学家胡安·埃斯特拉达(Juan Estrada)在邮件中表达了自己的激动。埃斯特拉达也在从事这方面研究，但并未参与这次研究。根据物理学定律，粒子间存在4种基本力：引力、电磁力、弱相互作用力、强相互作用力。中微子是一种特殊类型的粒子，只通过引力和弱相互作用力与其他粒子相互影响，在目前条件下，这两种作用力的探测相当困难。中子原子核中的两种粒子之一，会发生被称作β衰变的弱相互作用，在衰变为质子的同时释放出一个中微子和一个电子。目前，物理学通过与上述过程相逆的过程探测中微子。一个中微子轰击一个质子，就可能引起反β衰变，生成一个电子和一个中子，电子生成的闪光会被探测器探测到。但是，这类反β衰变本身很稀少，要捕捉到它要求使用大量液体。麻省理工学院退休理论物理学教授丹尼尔·弗雷德曼(Daniel Freedman)，是在1974年预言另外一种不同中微子相互作用的物理学家之一。他认为，除与质子相互作用外，中微子还能与整个原子核相互作用。这个过程的能量很低，因为中微子只能通过弱相互作用力产生微弱的碰撞，但这种相互作用要多得多，因为原子核的尺寸要远大于质子。它将使利用尺寸小得多的探测器探测中微子成为可能，而且只需不到5万吨水。科勒COHERENT探测器模型但弗雷德曼指出，我们的方案可能有些狂妄自大，因为不可避免的相互作用率、分辨率和背景噪声会给中微子-原子核弹性散射实验带来重大困难。换句话说，他认为这种相互作用过于微弱和稀少，探测难度极大。40年后，美国橡树岭国家实验室一个物理学家团队证明弗雷德曼是正确的。卡弗里理论物理研究所物理学家胡安·科勒(Juan Collar)表示，确实，这并非是不可能的。这次研究取得成功要归功于特殊实验设计和好运气。橡树岭国家实验室在进行一个名为散变中子原（以下简称SNS）的中子（不是中微子）实验。在产生中子的同时，实验还产生大量中微子。研究COHERENT的科学家就利用了这些中微子。中子可能会影响信号，但研究团队在20英尺(6.1米)混凝土墙后的地下室中发现一个位置，能够屏蔽除中微子之外SNS发射出的其他粒子。杜克大学物理学家、COHERENT合作研究团队发言人凯特·舒伯格(Kate Scholberg)表示，能在SNS找到这样一个位置，我们真的很幸运。我担心我们会被中子杀死，事实证明我们的担心是多余的。科勒表示，COHERENT实验装置从本质上说就是一块晶体，当中微子轰击晶格时，通过弱相互作用发生的相互作用会引起原子核振荡，发射出可探测到的微弱光点。中子束脉冲时断时续，可探测信号也会随之起伏。科勒说，我们知道中微子束何时出现，因为它每秒只发射60次。这对我们来说太重要了。实验信号舒伯格表示，除验证40年前的理论外，这次实验还为预言中微子活动的猜想设定了约束条件。科勒认为，这次研究最重要的应用，是为未来更小的中微子实验奠定了基础，也许未来50年后，中微子技术会普及，就像目前曾经被认为属于绝对高科技的激光一样。其他科学家也对此激动不已其他团队在他们的实验室探测同样的现象。夏威夷大学物理学家约翰·格雷戈里·勒尼德(John Gregory Learned)说，这次研究发现了一个独特的过程人人都认为存在、但却难以被发现，这是一个巨大的成功。但他呼吁对这一研究的前景持谨慎态度，目前认为其应用相当有限。弗雷德曼也相当激动，我当然非常激动，终于有人完成了我在1974年论文中提出的实验。
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