微中子(微中子治疗癌症)
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中微子是什么??
中微子(Neutrino):意指“微小的电中性粒子”,又称作“微中子”是一种电中性的基本粒子,自旋量子数为½,属于费米子,以希腊字母ν标记。现在已经有证据表明其具有质量。但其质量非常微小。它可能是现在唯一种已探测到的暗物质,归属于热暗物质。天文学中有可利用中微子可直接穿透任何行星,恒星的特性来探测宇宙的-中微子天文学 ,同时中微子是使恒星发光发热的弱作用衰变主要粒子。
正反中微子-模型图
三代中微子-模型图
图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)
(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特
中微子是什么物质?
中微子是轻子的一种是组成自然界的最基本的粒子之一。中微子,又译作微中子,是轻子的一种,是组成自然界的最基本的粒子之一,常用符号希腊字母v表示。中微子个头小、不带电,可自由穿过地球,自旋为1/2,质量非常轻,以接近光速运动,与其他物质的相互作用十分微弱,号称宇宙间的隐身人。科学界从预言它的存在到发现它,用了20多年的时间。
中微子的作用和用途
中微子的性质不参与电磁相互作用,它的质量超级小,目前最小质量的基本粒子是电子,而中微子还要远比电子小很多很多,只有电子的百分之一左右几乎接近零,中微子很善于变身,而且在传播的过程中更会相互转化,因此会增加科学家们捕作探测中微子的难度。
目前在地球表面利用电磁波长距离传送信息,必须通过卫星和地面中转站。与电磁波不同的中微子则完全可以直接穿透地球,而且损耗的能量很小,利用高能加速器产生中微子穿过地球将中微子束加以调制,可以在地球任意两端进行信息交流联系,无需昂贵而复杂的卫星或微波站。
中微子是一门与粒子物理、核物理以及天体物理基本问题相关的新兴分支科学,目前人类虽然认识了中微子的许多性质和变化规律,但是仍需用新的科技手段进行更深入的科学探秘。
什么是中微子,具有什么特点?
所谓中微子指的是基本粒子诸如质子、中子、电子、光子、介子等家族成员中的一员。中微子属于轻子的范围,它的静态质量大约只有电子质量的一万分之一,几乎测不到它的存在。
中微子具有光的速度,而且具有穿越地球的本领。它的特点是,沿直线传播,从不发生折射和反射,因此,几乎不存在传输中的衰减而减少能量的弊端。据测算,中微子束在穿越地球时,其能量衰减也仅为一百亿分之一。
因此,科学家便设想把它用于通信上,而且在实践中证明,它是通信的良好载体。
中微子是什么
中微子(Neutrino):意指“微小的电中性粒子”,又称作“微中子”是一种电中性的基本粒子,自旋量子数为½,属于费米子,以希腊字母ν标记。现在已经有证据表明其具有质量。但其质量非常微小。它可能是现在唯一种已探测到的暗物质,归属于热暗物质。天文学中有可利用中微子可直接穿透任何行星,恒星的特性来探测宇宙的-中微子天文学 ,同时中微子是使恒星发光发热的弱作用衰变主要粒子。
正反中微子-模型图
三代中微子-模型图
图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)
(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特
中微子是什么?
中微子实际上是构成物质的基本粒子,而且它的穿透力极其强,质量很小,所以人类对于他的了解还不够多。
规范场
物理学研究物质和物质相互作用的一门学问。在古希腊时代,人类其实就已经在思考自然万物,他们当时主要从两个角度出发,第一个角度就是思考构成物质的基本单位是什么?第二个角度则是探测万物的本质规律。实际上,如今的物理学也是从这两个角度来思考万物。
在第一个角度中,先是泰勒斯提出万物的本原是水,后来又有很多人提出不同的想法,其中最有名的当属德谟克利特提出的原子论,他认为万物的本原是原子和虚空。多说一句,德谟克利特是从哲学层面来思考,他提出的“原子”和我们如今的原子是不一样的。
而在第二个角度当中,古代的科学并没有走得太远。关于两个问题的突破一直到了近代。科学家发现了很多粒子,其中一部分被称为基本粒子,比如:夸克,电子,它们不能再被切分。除此之外,它们还发现,物质之间存在着四种相互作用,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用和引力相互作用。
这些作用是通过一种叫做“场”的物质来实现的,其中强相互作用和弱相互作用力是在原子核层面的相互作用,日常生活中除了引力之外,我们所接触到的作用都是电磁相互作用,这套理论如今我们也叫作 规范场论 。
而在众多的基本粒子当中,就存在着一种很鬼魅的基本粒子,它就是 中微子 。科学家波尔因为它甚至差点放弃了能量守恒定律。那到底是咋回事呢?
中微子
中微子之所以鬼魅,最核心的原因有两点:
我们先说为什么中微子的穿透力很强。正如上文说到的,在自然界中存在着四种相互作用,这四种相互作用当中,强相互作用是最强的,其次是电磁相互作用,再然后是弱相互作用,最后是引力相互作用。
我们平时觉得引力很大,主要是因为地球大。试想一下,如果你拿一块磁铁,其实就可以把曲别针给吸起来,也就是说,一个磁铁的提供的电磁相互作用就比地球提供的引力要大。所以,实际上引力很小很小。
有趣的是,中微子不参与到强相互作用当中,它因为不带电,它也不参与到电磁相互作用当中。它的质量极其小,小到如今我们还测不准它的质量。本来电子的质量就足够小了,而中微子很可能只有电子百万分之一的质量。所以它也几乎不参与引力相互作用。它只有极其低的概率会参与到弱相互作用。要知道,弱相互作用本身就极其微弱。这就使得它的穿透力极其强,科学家发现,中微子在宇宙当中传播1光年,只有50%的概率会和这个路径上的物质发生反应。太阳在燃烧过程中,每次产生3个光子,就会伴随着2个中微子产生。
因此,每时每刻都有许多来自于太阳的中微子来到地球,它们往往都是直接穿过地球,地球在它们目前就好像是小透明一样。我们的身体,每秒钟就有亿万个中微子穿过,而我们却一无所知。
除了穿透力极强,中微子还很“善变”,这也给科学家造成了很大的困扰。科学家发现,仪器探测到的中微子总是理论值的1/3,他们甚至怀疑是不是理论出现了错误。后来,科学家就发现,之所以会这样是因为中微子实际上存在3种,而且中微子在传播过程当中,还会发生相转化。说白了,就是3种中微子之间来回变化,所以我们永远只能测到理论值的1/3。这三种中微子分别叫做电子中微子、μ子中微子,τ子中微子。
由于中微子不参与电磁相互作用,而光子是参与到电磁相互作用的,宇宙早期是混沌一片的,光子由于受到电磁相互作用的束缚,所以没有在宇宙中开始传播,因此通过研究中微子,科学家可以了解到宇宙早期的演化,为此还出现了中微子天文学的细分学科。
为了探测它,科学家只能在地下1000-3000米处设立探测器,许多的大国在这方面都有投入,比如:南极冰面下2.44公里处就有冰立方中微子望远镜。
再比如:在日本,有在地下1000多米处的超级神冈探测器,为了探测中微子,这里储存着5万吨高度纯净的水。
对于中微子的探测,已经产生了多位诺贝尔奖获得者,相信未来对中微子的研究,势必会带来物理学和天文学的革命。
中微子又译作微中子,是轻子的一种,是组成自然界的最基本的粒子之一,常用符号ν表示。 中微子个头小、不带电,可自由穿过地球,自旋为1/2,质量非常轻(有的小于电子的百万分之一),以接近光速运动,与其他物质的相互作用十分微弱,号称宇宙间的“隐身人”。科学界从预言它的存在到发现它,用了20多年的时间。2013年11月23日,科学家首次捕捉高能中微子,被称为宇宙"隐身人"。他们利用埋在南极冰下的粒子探测器,首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子。
发现历程
中微子[5] 是一种基本粒子,不带电,质量极小,与其他物质的相互作用十分微弱,在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生大量中微子,每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。
------摘自百度百科
在日本池野山地下1000米的地层深处,有一个相当于15层楼高的神秘建筑,它的官方名称是“超级神冈探测器”
1996年至今,这座盛有5万吨100%超纯水的探测器,已经为日本制造了数个,诺贝尔物理学奖级别的成果。
而它所探测的,就是有着“宇宙幽灵”之称的中微子。
今天的物理学家告诉我们,人类所在的物质世界,是由各种基本粒子构成的,而中微子,也属于基本粒子之一。
不过,中微子有着非常奇特的性质:
那就是虽然它的数量极其之多,是宇宙中数量最为庞大的粒子之一,但由于它属于中性粒子,所以它不参与电磁相互作用。
这就导致,尽管每秒就有10万亿个中微子,正在穿过你的身体,但你却浑然不知,太阳射向地球的中微子,更是只有十万亿分之一,被地球上的物质吸收,剩下的中微子都穿过地球,飞向宇宙深处了。
不过,虽然中微子极难与其他物质发生相互作用,但当它在水中运动时,还是有极小的概率与的氢原子或氧原子发生反应的,且由于光在水中的速度只有真空中的75%,因此接近光速飞行的中微子,在水里的速度比光速还快。
这样一来就像飞机超音速产生音爆一样,中微子在水中也会因为"超光速",而发出独特的切伦科夫辐射光。
日本之所以要在1000米深处的地下,存储5万吨超纯水,就是为了尽可能避免,除中微子以外,其他宇宙射线的干扰,并确保中微子产生的切伦科夫辐射光能被准确地记录下来。
恒星物理学家的计算表明,太阳每产生三个光子 就会伴随产生两个中微子,但在相当长一段时间内,地球上探测到的太阳中微子数量,只有理论计算的三分之一。
剩下的三分之二去哪了?没有人知道
1987年2月23日,天文学界目睹了一次,发生在16万光年外,大麦哲伦星云中的超新星爆发事件,但这次超新星爆发所生成的中微子数量,并没有和太阳中微子一样,消失三分之二。
于是物理学界猜想,中微子应该有三种,而不是一种,且三种中微子之间还会相互转化。
这种被称为,中微子振荡,的理论预测,在1998年,被日本超级神冈探测器,首次确认存在,这一突破也让负责中微子项目的小柴昌俊,获得了2002年的诺贝尔物理学奖。
从预言存在,到发现,再到确认中微子振荡,物理学界用了将近一个世纪,但有关中微子的其他信息,人类还一无所知,也正因如此,中微子相关研究,现在已经成了物理学的热门之一。
2027年之前,日本超级神冈升级版,顶级神冈探测器将开始收集中微子数据,储水26万吨的顶级神冈,将拥有数倍于超级神冈的探测能力。
而我国的江门中微子实验,最早将于2022年开始收集数据,这个位于地下700多米深处的中微子探测设施,将进一步揭开中微子的神秘面纱,并且还有可能产生,诺贝尔物理学奖级别的科研成果。
在科幻作品里,中微子还是最理想的信息传递手段,因为它几乎不与其他物质发生作用,所以理论上一束携带信息的中微子,可以将信息传递到宇宙任何地方,且不会像电磁波一样发生畸变,丢失信息。
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