@ 2017.02.11 , 15:00
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泛一叶橡皮艇,探中微子观测室

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不久前我们聊到最近科学家确认了地核的未知元素硅,而想去地心一游又如何可行呢?我们既没有矿洞可以钻入,也没有复姓哆啦的好朋友的随意门。

不过这次,我们得到参观地心附近的一个机会,当然远不到真正的地心那么深。而我们的交通工具——就是一只橡皮艇,还记得上次看海买的橡皮艇么,赶紧吹起来和我们一探究竟吧。

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在地表深处,深山的隧道尽头,南极的冰盖之下、废弃的矿井深处,物理学家踏破铁鞋了寻找宁人难以捉摸的“幽灵粒子”——微中子(neutrino)。

自超新星、星系碰撞和大爆炸以来,大约有100万亿左右的幽灵粒子以光速的高速飞向我们,但是由于他们太小了,微乎其微的质量和中性的电荷使得我们用精密的仪器也难以捕获和维持稳定的观测条件。

为了探测它们的存在,世界范围内的科学家深挖洞、广积粮,在全球建立了不少巨大的地下观测站,而在这些观测站中移动,我们就要借助皮划艇了。当然,这倒不是因为洞里面有积水,而是……

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在一个老牌科幻迷的眼中,这些美轮美奂的地下设施看起来就像是来自太空英雄Barbarella或者是闪电侠的科幻故事中。

对于像SNO, Borexino, 和Super Kamiokande这样的微中子观测室,简直就是我们星球上的一大工程壮举,而这些鲜为人知的实验室一般建立在荒芜偏远地区的地底深处。为了避免包括宇宙射线在内的其它亚中子对观测的干扰,这些实验室通过将自己深埋在地底,保证只有那些微乎其微的--微中子--能够穿透周围的设施,进入到观测室内部,这简直就是用地球做滤网的过滤器啊!

而位于日本神岗的Super Kamiokande,则是其中最大的微中子探测实验室,它建立在茂住锌矿下1000米。不过在2010年投入使用的中国锦屏地下实验室垂直岩石覆盖可达2400米。

而进入实验室之后,满眼望去就是一个巨大的光探测整列,以及超过5000加仑的蒸馏水。简直就像一个布满暗器的陷阱,平常情况下实验室内一片萧杀,巨大的空间和周边的满墙的灯泡让人仿佛沉浸在深海的巨大压力之中,透不过气来。而在特殊情况下,满墙的13000个光电倍增管探测器(PMT'S)瞬间呈现一个幽灵般的环形光圈。

一旦某个不幸的微中子在水中与原子发生碰撞,就会产生一个电子,科学家就能够通过设备追踪碰撞产生的电子的轨道,从而计算和推导出这枚微中子的来源,是某个死去星球大坍缩、可怕的宇宙爆炸或是来自太阳。

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这座实验室建成于1996年,旨在研究太阳和他其中的微中子,研究质子衰变,以及观测英荷西的超新星,在它爆炸的一刻绚烂的烟火将会短暂的闪耀整个星系,爆发出太阳之流的恒星一辈子才能释放的能量。而在一个世纪内,我们所在的星系大约只会发生3-4次超新星爆发。

但是,20世纪60年代投入使用的这样的微中子探测器只能观测到标准太阳模型所发出的总体微中子的一半。1984年由华裔物理学家陈华生提出用重水来捕获微中子能够更为全面(一共有三种,分别the electron neutrino, the muon neutrino, and the tau neutrin)。而Super Kamiokande只能捕获电子微中子(electron neutrino),SNO实验室能够观测到所有的微中子。这一思路引导的相关研究获得了2015年的诺贝尔物理学奖。

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而SNO实验室则座落于时间上最深的几大矿区之一的加拿大安大略萨德伯里矿区深处。这座实验室大约是一个半径6米的丙烯酸容器,里面盛满了11000顿重水,同时安装了9600个广电倍增管。

虽然在2006年该实验被关闭,重新启动之后被用于各种相关实验,包括对暗物质的探测。SNOLAB大约在地下2000米的深处,也是也是“最干净的实验室”之一。

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Borexino要比SNO略小,是一个不锈钢结构的球体,安装了2000个PMT,位于意大利,主要用于探测低能状态的太阳微中子。在2010年该实验是成功观测到内核熔融层射出的反微中子。

虽然,物理学家目前还没有找到微中子相关研究的实际应用价值,是宇宙灾难的信号?还是解开其它深奥理论的钥匙?但是玄而又玄的物理学已经非我辈所能理解之物。在等待答案的同时,能够来到这地底深处的人工造物中走上一遭,体会着无心插柳般的奇怪艺术长廊,放舟荡漾间,可否体会出苏东坡泛舟赤壁的心境呢?

本文译自 messynessychic,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

惟江上之清风
与山间之明月
耳得之而为声
目遇之而成色
取之无禁
用之不竭
是造物者之无尽藏也
而吾与蛋友之所共适


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TOTAL COMMENTS: 23+1

  1. 3382762

    好湿好湿

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  2. 已屏蔽
    @8 months ago
    3382763

    客有吹无洞箫者

    其声呜呜然

    如怨如慕 如泣如诉

    余音袅袅 不绝如缕

    [30] XX [0] 回复 [0]
  3. 3382764

    赛艇,我不短

    [13] XX [0] 回复 [0]
  4. 3382765

    装了这么多浴霸灯泡,洗澡还不热死?

  5. 3382768

    恕我之言,还是中微子读起来顺口…

    [54] XX [0] 回复 [0]
  6. 隐藏大水比
    @8 months ago
    3382769

    这就是你们来划水的原因?

  7. 3382770

    来,开会了

    [27] XX [0] 回复 [0]
  8. 心已碎
    @8 months ago
    3382771

    好诗好湿 而吾与蛋友之所共适

  9. 3382781

    呃……一颗赛艇?(´・_・`)

  10. 食品级怪蜀黍
    @8 months ago
    3382795

    是中微子,不是微中子

    [12] XX [0] 回复 [0]
  11. ziseyinzi
    @8 months ago
    3382799

    这次记得把线缆接好

  12. suzumiya1215
    @8 months ago
    3382801

    那…半空中的怎么办呢

  13. Hannibal
    @8 months ago
    3382804

    中微子,弱力中的幽灵。

  14. 3382808

    科学的浪漫与艺术

  15. 3382835

    中微子一脸蒙逼

  16. 3382864

    几千年前~原始人用这种办法探索~

  17. LoserAngel
    @7 months ago
    3382891

    现在的物理和数学都不是人类能学的了……都是怪物……大学推导公式,辛辛苦苦推导出来然后知道几百年之前的某个大师已经推导了,那种痛苦…………

  18. 无浪漫主义者
    @7 months ago
    3382913

    使用某不存在于世界中心的搜寻引擎限定网址搜寻
    微中子 site:gov.cn
    中微子 site:gov.cn
    搜寻结果大约等量,前者稍多

  19. 3382989

    @食品级怪蜀黍: 大陆翻译成“中微子”,台湾翻译成“微中子”,只是译名不同罢了,无所谓对错。

  20. 普通人
    @7 months ago
    3383015

    @LoserAngel: 你确定不是因为你自己是普通人的原因 至少是与大部分人相同的

  21. 雨纷飞
    @7 months ago
    3383073

    重水一公斤一万元rmb以上。 里面居然有11000吨……

  22. 3383138

    @雨纷飞: 直径六米的容器中,其实是一万一千升重水

  23. 3383169

    总感觉这几年的中微子研究趋于平缓,新建或扩建的装置也只有南极的冰立方。中微子探测自从60年代的“太阳中微子消失”现象之后开始火了起来,直到本世纪初确认了中微子振荡现象之时达到顶峰。但之后似乎后继乏力。“中微子天文台”至今只探测到SN1987A一例,30年才能用一次的天文台,想来不会有人投资的。

    对比引力波,前年升级之后还在试用阶段就发现两个引力波事件,等今年检修完毕继续使用的时候还不知道能发现多少。科学研究也是要看成效的,假如今年引力波继续探测到新事件,而中微子毫无进展的话,未来的投资必然向前者倾斜。

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