科学家测定地球内部发射的“反中微子”
<p></p><p></p><p>科学家通过测定来自地幔物质发射的反中微子，测定了地球产生的热量并确认地球形成于原始太阳物质。</p><p>反中微子属于反物质（antimatter），是基本粒子的一种，它能够几乎毫无阻碍地贯穿地球。每一种粒子都有对应的反粒子，质量相等、电荷相反。当粒子与反粒子相遇时，它们就会彼此发生湮灭。</p><p>当地球形成的时候，放射性元素钍和铀等分布于地幔当中。当这些元素发生放射性衰变时，伴随有热量和亚原子粒子——反中微子的释放。放射性元素衰变释放的热量是驱动地幔物质运动的动力，进而也造成了地球各大板块的运动，导致地震的发生。</p><p>因为地幔位于地表之下几十英里的地方，所以如果想了解放射性元素衰变产生了多少热量，唯一的方法就是测定由此产生的中微子数量。为了探测中微子，科学家在意大利大萨索山（Gran Sasso）地下实验室放置了大量的油性闪烁液。当反中微子进入液体与质子发生碰撞的时候，就会产生一颗正电子和一颗中子，从而产生明显的特征信号。</p><p>实际上，科学家所探测到的反中微子大多来自于核电站的核反应堆，但可以通过测定中微子的能量水平，来区别反中微子的来源。当放射性元素钍和铀发生衰变的时候，就会放射出反中微子和一定的热量，因此探测到的反中微子数量越多，就越说明地球本身产生的热量越多。这还可以帮助地理学家优化板块运动理论。</p><p>中微子的发现历程</p><p>发现</p><p>中微子的发现来自19世纪末20世纪初对放射性的研究。研究者发现，在量子世界中，能量的吸收和发射是不连续的。不仅原子的光谱是不连续的，而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的。这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的，是符合量子世界的规律的。奇怪的是，物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的，而且电子只带走了它应该带走的能量的一部分，还有一部分能量失踪了。物理学上著名的哥本哈根学派鼻祖尼尔斯·玻尔据此认为，β衰变过程中能量守恒定律失效。</p><p>2023年，奥地利物理学家泡利提出了一个假说，认为在β衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去，带走了另一部分能量，因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到。未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值，能量守恒仍然成立，只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已。2023年春，国际核物理会议在罗马召开，与会者中有海森堡、泡利、居里夫人等，泡利在会上提出了这一理论。当时泡利将这种粒子命名为“中子”，最初他以为这种粒子原来就存在于原子核中，2023年，泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出，这种粒子不是原来就存在于原子核中，而是衰变产生的。泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子。2023年真正的中子被发现后，意大利物理学家费米将泡利的“中子”正名为“中微子”。</p><p>2023年，意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论，指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用—弱相互作用。β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子。他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律，β能谱连续之谜终于解开了。</p><p>2023年美国物理学家柯万（Cowan）和莱因斯（Reines）等第一次通过实验直接探测到了中微子 。他们的实验实际上探测的是核反应堆贝塔衰变发射的电子反中微子，该电子反中微子与氢原子核（即质子）发生反贝塔衰变，在探测器里形成有特定强度和时间关联的快、慢信号，从而实现对中微子的观测。</p>
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