直接把太平洋圈起来,美国计划在太平洋海底
中微子是宇宙中最难以捉摸的粒子之一,仅次于超神秘的暗物质。很幸运的是,人类虽然很不了解暗物质,但是中微子是可以被探测器——它们参与弱核力量,并负责核聚变和衰变。所以任何时候发生核事件,都会涉及到中微子。
例如,太阳的核心无时无刻不在发生核聚变反应,所以自然地,它会产生相当多的中微子。根据数据研究,大约拇指那么大的面积,每秒大约有亿中微子穿过你的拇指。但是中微子很少与物质发生相互作用,尽管在你的一生中,每秒有数万亿个中微子穿过你的身体,但真正击中你身体的中微子总数只有甚至不到一个。
几十年来,物理学家一直认为这些粒子完全没有质量,以光速在宇宙中运行。但经过大量研究之后,科学家们发现中微子有质量,但是非常非常的小。目前来说中微子有三种:电子中微子、μ子中微子和τ中微子。这些中微子中的每一种都参与了不同种类的核反应,中微子的质量在粒子物理的标准模型中没有解释,这是我们目前最好的基本相互作用理论中阐述的。
所以物理学家们很想做两件事,第一测量三种中微子的质量,第二,为什么中微子具有质量。这意味着他们必须做大量的实验。大多数中微子探测器都非常简单,要么在实验室里安装一个装置来产生数量惊人的光传感器,要么建造一个巨大的阵列来捕获一些来自地球以外的中微子。这些实验已经取得了很大的进展,而且每一代人都在不断扩大。
例如,日本的神冈实验就曾探测到来自超新星A的中微子。但是他们需要一个超过吨的水集群来完成这项工作。为什么神冈和南极的冰立方中微子设施都要用这么多水?其实几乎任何东西的一大块都可以用作中微子探测器,但纯水是最理想的,它可以更好的捕获中微子的结构。当数万亿中微子中的一个碰巧击中一个随机的水分子时,它会发出短暂的闪光。观测站包含数千个光感受器,水的纯度使这些探测器能够非常准确地确定闪光的方向、角度和强度。
虽然这些中微子探测器已经有了很大的发现,但是现在美国正在进行太平洋中微子实验,美国计划将太平洋大片海域变成大自然自己的中微子探测器。这个概念再一次出人意料地简单:在太平洋上找一大片合适的、僻静的地方,然后建造长串的光电探测器,至少几十公里长,然后把这些探测器密封,放到海底,深度至少要超过两千米,当然啦,是越深越好。
目前美国科学家们设计包括7组集群,一个集群可以承载个光学元件。总共有个光电探测器漂浮在几十公里宽的太平洋地区,覆盖范围比冰立方大得多。一旦启动并运行,我们只需要等着就行了,中微子也会撞击一些海水并发出一点闪光,探测器会跟踪它。
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