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标题: [转帖] 【科技】中微子如何保护你的牙齿？ [打印本页]

作者: 丘比猫 时间: 2015-12-9 12:50 标题: 【科技】中微子如何保护你的牙齿？

每一秒钟，都有数以万亿计的中微子穿过你的身体，但你不会有丝毫感觉。这些中微子诞生于太阳内部的核反应之中，如阳光一样向四周发散，但不一样的是它们几乎不会被任何东西挡住，就算你夜晚身处背向太阳的那半个地球，它们也会穿透地球再穿过你的身体。

中微子有如此强的穿透力，是因为它质量很小、不带电荷，非常难与其他物质相互作用。中微子的这种特性也使得它很难被探测到，科学家往往是从侧面证实它的存在，因此它又常常被称作“幽灵粒子”。
那“幽灵粒子”跟我们的日常生活有什么关系?一项最新研究显示，常用于牙膏中保护牙齿的氟元素，其诞生源头就与中微子有关。
氟在元素周期表中的排序是第9，位于氧元素和氖元素之间。但一个鲜明的对比是，这个宇宙中氧和氖的含量都很高，氧的数量仅次于氢和氦排在第三，氖的数量也能排到第五或第六，但它们之间的氟，据估计在数量上连前20都进不去。
天文学家在想办法探测宇宙中稀少的氟元素。美国印第安纳大学布卢明顿分校(Indiana University, Bloomington) 的凯瑟琳·皮拉乔斯基(Catherine Pilachowski)等人利用天文望远镜观察了79颗恒星，在其中寻找氟化氢的踪迹。氟化氢是一种有毒气体，但它能够吸收红外辐射，从而在恒星的光谱中留下印迹。通过分析恒星的光谱，就能判断出其中是否含有氟元素。
皮拉乔斯基等人在9月份出版的新一期《天文学杂志》(The Astronomical Journal)上发表论文说，在51颗恒星上探测到氟化氢的存在。并且，此次研究所测量出的氟元素含量较高，超出原有的认识。
“这真是往前迈了一大步”，瑞典隆德大学(Lund University)的亨利克·约恩松(Henrik Jönsson)如此评价。约恩松此前的研究认为，恒星中只含有少量的氟。对于这些少量的氟，其来源完全可以用恒星内部的核聚变机制来解释，即一些恒星在燃烧氢和氦的过程中生成氟，并在恒星死亡时将这些氟抛撒到宇宙中。
现在发现宇宙中有远远更多的氟，势必要对其来源有新的解释。皮拉乔斯基认为，中微子可能就是背后的原因。虽然“幽灵粒子”很难与其他物质相互作用，但在一些恒星生命快结束时的超新星爆发中，会发射出大量的中微子，其数量级可达10的58次方。并且这些中微子都带有很高的能量，其中一小部分可能就会碰撞到宇宙中含量较丰富的氖，从其原子核中撞掉一个质子，从而将氖变成了氟。
那恒星中究竟有多少氟?要得到更精确的结果，还需要更进一步的研究，因为现在采用测量氟化氢的方式来推断氟的含量，而氟化氢是一种在恒星级别的高温中会分解的气体，在一些炽热的恒星中可能不易找到氟化氢，但它们可能仍然含有大量氟。
要解决这个问题，就需要更精确地判断恒星的温度，再进行相关推算。约恩松对于皮拉乔斯基与己相悖的研究结果仍给予较高评价，是因为他此前研究的恒星数量样本较少，而皮拉乔斯基研究的恒星样本数量较多。现在，约恩松也计划观测约100颗恒星，希望能够更准确地测量这些恒星的温度，并进一步推断其中含有多少氟。
科研竞争是一项好事。美国国家光学天文台的韦恩·史密斯(Verne Smith)是与前两项研究都没有关系的第三方天文学家，他认为最后的结果可能是，前述两种生成氟的机制都很重要。他估计认为，地球上的氟元素可能有一半到三分之二是来源于中微子的撞击。也就是说，看似与你的身体没有任何反应的“幽灵粒子”，却帮助保护了你的牙齿。

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。中微子不带电，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。
中微子个头小，不带电，可自由穿过地球，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

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，而且电子只带走了总能量的一部分，还有一部分能量失踪了。物理学上著名的哥本哈根学派领袖尼尔斯·玻尔据此认为，β衰变过程中能量守恒定律失效。
1930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。1931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，1931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。1932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”。
1933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。
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β衰变发射的电子和反中微子，该电子反中微子与氢原子核（即质子）发生反β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。他们的发现于1995年获得诺贝尔物理学

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