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中微子可以轻松地穿过10亿个地球

宇宙之“大”,大到我们无法想象,而宇宙的“小”也同样精彩绝伦。比如说在微观世界里,有一种被称为“中微子”的基本粒子,其种种表现就可以让我们叹为观止。

中微子的质量和体积都非常的小,但是它们在宇宙中的数量又极为庞大,而最让人吃惊的是中微子拥有的穿透力。事实上,每秒钟都有亿万个中微子直接穿过我们的身体,但是我们却毫不知情,也不会受到任何伤害。

但中微子的穿透能力却远不止如此,科学家告诉我们,中微子可以轻松地穿过10亿个地球,因为根据计算机的模拟结果,中微子在穿过整个地球的过程中,被地球挡住的概率大约只有100亿分之1。

也就是说,100亿个地球才可以勉强挡住一个中微子!很显然,我们不可能找到100亿个地球,更不可能将它们重叠在一起,那么,中微子的穿透力如此的厉害,宇宙中还有什么天体能阻挡它?

要搞清楚这个问题,我们需要先了解一下这其中的原理。

在微观世界中,电子已经是很小的基本粒子了,但中微子却比电子还小,相关数据显示,中微子的质量通常只有电子的几十万分之一,有些中微子的质量甚至只有电子的几百万分之一。相应的,中微子的体积也很小,其直径通常都在(10^-20)米以内,这比电子的直径小了5个数量级。

除了小以外,中微子还有另外的“配置”,强相互作用力和电磁力都对它没有任何效果,而因为它的质量极小,所以引力对它的作用也基本上可以忽略不计。可以看到,四大基本力中,只有弱相互作用力对中微子有效。

由于弱相互作用力不是长程力,其作用范围仅限于原子核内的夸克层面,这就意味着,只有中微子撞上了夸克,它才会被阻止。这个难度有多高呢?我们接着看。

上图表示了原子内部的基本构造,由图可知,夸克是目前已知的组成原子核的最小粒子。需要指出的是,上图中的比例是错误的,实际上原子的内部相当的空旷,有多空旷呢?我们可以拿太阳来举例。

上图是太阳系内主要天体的比较真实的比例图,可以看到地球在太阳面前小得可怜,但假如将组成太阳的原子中原子核与电子之间的空间全部挤掉,那么太阳的直径就会缩小到10多公里,这比地球的直径还要小1000倍!

然而即使将直径缩小到10多公里,太阳的内部还是有很大的空间,研究表明,组成质子和中子的夸克之间的距离,通常都是夸克直径的上万倍。

现在我们就可以大概地描述一下原子内部的空旷程度了,假如把中微子比作一个直径1厘米的小球,那么按比例来讲原子就是一个直径为100亿米的球体,而夸克就是位于这个巨大球体中心的,直径为1米的小球。由此可见,中微子撞上夸克的概率,实在是微乎其微。

通过以上的认识,我们可以清楚地了解到,中微子的穿透力为何这么强。同时,我们也可以分析出,阻止中微子的方法,就是极大地提高物质的密集程度。

在宇宙中,中子星的密度是非常高的,但因为组成中子星的中子内部,还有较大的空间可供中微子穿过,所以中微子还是有很大的概率穿过中子星的。因此,要有效地阻挡中微子,还需要密度更大的天体。

看到这里,想必大家都应该会想到黑洞了吧?是的,作为宇宙中最恐怖的天体,即使是光都无法逃过黑洞的“魔爪”,中微子当然也逃不出去。

事实上,科学家推测宇宙中可能还存在一种天体,它的密集程度介于中子星与黑洞之间,几乎全由紧紧挨着的夸克组成。如果这种天体真的存在,那么阻挡中微子这种小事,就不需要黑洞这个宇宙中的“老大”亲自出马了。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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