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每秒穿过人体中微子约几十亿颗 或为反物质粒子

http://www.kexue.com 2013-08-14 09:03:33 科学网  发表评论


锗探测器位于意大利拉奎拉附近地下1英里深处的格兰萨索国家实验室里的液氩水箱里,从而屏蔽了宇宙辐射

锗探测器用于监测无中微子双β衰变事件的发生

  尽管科学家们在过去的一年里很努力的寻找中微子之间的相互作用,但目前仍一无所获。中微子之间的相互作用,也即它们会相互碰撞并相互湮灭,将证明这种神秘的粒子也就是自己的反物质粒子,德国海德堡马克思·普朗克核物理研究所的曼弗雷德·林德纳(Manfred Lindner)这样说道。

  反物质粒子是具有与正常物质相反特性的亚原子粒子。例如,电子的反物质粒子是带正电的正电子。但是对这一年搜寻的数据的新分析限制了这种难捉摸的碰撞行为发生的频率。它还表明在之前的实验里发现的这种相互作用的线索很可能是因为背景辐射所致。

  如果这种相互作用没有发生,科学家可能需要重新审视物理学理论——标准模型的统治地位,后者试图解释组成物质的微小粒子的行为。

  超级罕见事件

  中微子是宇宙中大量存在的粒子之一,每秒钟有几十亿颗中微子以接近光速的速度经过每一寸人体。然而,由于这些神秘粒子与其它粒子发生的相互作用非常微弱,因此监测到它们异常困难。

  20世纪30年代,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)提出中微子可以作为自己的反粒子。如果这个理论是正确的话,那么科学家可能能够看到超级罕见的事件,也就是中微子双β衰变,它指的是原子核内的两个中微子衰变成两颗质子、两颗电子和两颗中微子,后者会相互撞击并最终湮灭。

  能够观察到这罕见的相互作用的主要候选者是锗-76,它是锗原子的一种同位素,具有与一般锗同位素不同的原子质量。锗-76原子核的衰变非常罕见,这意味着科学家寻找的这种衰变发生的概率大约只有发现那些撞击地球的宇宙射线或者其它普通形式的辐射源的十亿分之一。

  物理学家需要完全屏蔽锗,使其不受到任何可能的宇宙辐射的影响。同时,科学家需要大量的锗从而保证他们能够发现少数双β衰变事件。

  最清洁的环境

  为了实现这个目标,林德纳和他的同事创造了21千克的锗探测器,它既能够产生β衰变,又能在发生衰变时释放微小的电脉冲。

  科学家将这些探测器埋葬在地下1.4千米深处的意大利格兰萨索国家实验室里,只有极其微小的宇宙射线可能渗透到那里。但是研究小组需要更加精密的屏蔽探测器,因此他们将这些敏感的探测器放在装满极其纯净的液氩的水箱里,而这些液氩箱又被更大的水箱包裹。

从辐射的角度说,“这是宇宙里最干净的地方,” 林德纳这样说道。在持续进行这项实验的一年多时间里,科学家并没有发现任何双β衰变的证据。但最新的分析则显示锗-76的半衰期至少为21*1024年(半衰期是指一般物质发生辐射性衰变所需要的时间)。因此,这项最新分析表明早期的实验结果可能并不是来自β衰变。

  如果中微子真的是自己的反物质粒子,那么在未来几年的实验里它应该会出现。“如果在未来五年我们仍一无所获,那么我们只能无奈的说,事情就只能这样了。” 林德纳这样说道

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