我们知道能量守恒定律是物理学最基本的定律之一,但在20世纪20年代,这个定律面临危机。因为当时人们在实验中发现,放射性元素衰变后,部分能量“凭空消失了”。
在这种情况下,人们就产生了两种截然不同的观点,第一种观点认为能量守恒定律可能是不正确的,第二种观点则认为,这应该是某种无法探测到的未知粒子带走了β衰变过程中的一部分能量,而这种假想中的粒子,后来就被命名为中微子。
事实证明,第二种观点是正确的,在1956年的时候,物理学家柯万(C.Cowan)和莱因斯(F.Reines)通过实验首次证实了中微子的存在,能量守恒定律也因此而安然度过了这次危机。
随着时间的流逝,中微子的神秘面纱也正在逐步被掀开,科学家告诉我们,中微子是宇宙中的基本粒子之一,不带电,质量和体积也极小,其运动速度通常都会接近光速,并且穿透力极强。
根据科学家的估算,中微子在水中的平均自由程约为18光年(1.7 x 10^17米),即使是在铅这种常被人们用来阻挡辐射的物质中,中微子的平均自由程也会超过1光年,换句话来讲就是,1光年厚的铅板都不一定挡得住中微子。这是为什么呢?我们接着看。
为何中微子穿透力这么强?
在我们的宇宙中存在着四种基本力,分别为引力、电磁力、强相互作用力以及弱相互作用力,然而对于中微子来讲,电磁力和强相互作用力都是“无效”的。
尽管中微子会受到引力的作用,但是由于中微子的质量极小(可以低至电子质量的百万分之一以下),并且速度极快(通常都会接近光速),因此引力对中微子的影响可以说是基本上等于零。
实际上,只有弱相互作用力才会真正地影响到中微子,然而弱相互作用力作用距离极短,并且只存在于原子核内的夸克层面,这就意味着,只有中微子一头撞在了原子核内的夸克上,才有可能被挡住。
一般认为,中微子直径的数量级不会超过10^(-20)米,而原子和夸克直径的数量级分别为10^ (-10)米和10^(-18)米,简单换算一下就可以得出,假如我们将中微子的直径放大成1毫米,那么按照同比例放大后的原子直径就将会是1万公里,而夸克的直径则只有10厘米。
也就是说,一个中微子撞上原子核内的夸克的概率,大概就相当于一个直径1毫米的小球,在一个直径高达1万公里的球体空间中沿着一条随机的路线笔直地飞行,然后准确地撞上位于该于体空间中心的另一个直径只有10厘米小球的概率。
由此可见,中微子撞上原子核内夸克的概率有多低,而这就是中微子拥有极强穿透力的原因。
至此我们就可以简单总结一下了,从微观的层面来看,铅板是由大量的铅原子构成,而一个中微子在铅板之中穿行的时候,其实就是一个接一个地穿过铅原子,在这个过程中,只要它没有撞上铅原子核内的夸克,就可以一直穿行下去,而由于这个概率非常非常低,因此即使是1光年厚的铅板都不一定挡得住中微子。
值得一提的是,宇宙中的中微子数量非常庞大,比如说太阳内部的核聚变反应,平均每一秒就会产生大约10^38个中微子(1后面跟上38个零),这些中微子如此之多,以至于在地球上的我们每时每刻都会被大量来自太阳的中微子穿过(数量级大约为10万亿个/秒)。
由于中微子可以轻易地穿过地球,因此就算是我们位于地球的背阳面,也同样无法躲过,当然了,这些中微子并不会对我们造成伤害,我们也对此一无所知。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。
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