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据说中微子能穿透一切?那么能穿透中子星吗?能穿过黑洞吗?

中微子穿透力很强这都是烂大街的事了,但如果有人问中微子穿透力为什么那么强,它能穿过中子星和黑洞吗?估计大部分人都要卡壳,我们今天就来讨论下这个有点看起来很“简单”的穿越问题。

一、中微子是一种什么粒子?

中微子:Neutrino,从字面上理解是“微小的电中性粒子”,上世纪30年代时泡利为了解释β衰变中能量、动量以及自旋角动量守恒而提出了中微子假说,不过当时泡利称其为中子,但1932年时发现了中子,费米和泡利在1933年的索尔维会议上将其改名为中微子。

在标准粒子模型里中微子属于费米子。构成物质大厦的“砖块”比如电子、夸克与中微子等都属于费米子,而在将砖块粘合起来的“水泥砂浆”比如光子、胶子与介子W和Z玻色子则是玻色子!

早先以为中微子没有静止质量,但现在我们知道中微子是有质量的,只是质量极轻,原子中经常被忽略质量的电子是它的千万倍。中微子是不带电荷的中性基本粒子,同时也是一种轻子,因此它不参与电磁作用,也和强相互作用无缘,但参与引力作用和弱相互作用。

但在亚原子粒的尺度下,引力的作用几乎可以忽略不计(只有强作用力的1/10^-39),因此它在穿越物质时几乎不会有障碍,这也是它难以检测的原因。中微子的速度只比光速低约0.0006%,这还是2012年MINOS实验组在升级了设备之后测得的数据,原先认为中微子等于光速,甚至还闹出过一起中微子超光速的事故,当然后来确认是传输线路的问题。

二、中微子从哪里来?

放射性物质衰变以及核裂变堆与未来的聚变堆和超新星爆发等都能产生中微子,当然我们天天见的太阳也是中微子产生大户。当太阳到达头顶时,你脚下的地球在每平方厘米的土地上,每秒都会有超过650亿颗来自太阳的中微子穿透。

1H + 1H → 2H + e+ + νe

正在太阳核心发生的质子链反应第一部,两个质子聚变成氘的过程中,一个质子会释放出一个e+(正电子)和一个中微子后转变成中子!这是太阳上中微子的第一个来源。

有一个非常有趣的事实,正在太阳核心发生的故事,在质子链的第一步,聚变产生的中微子经过数秒钟就到达了太阳表面,8分多钟就能到达地球!而光子的话,需要在辐射层里爬上十几万年才能到达对流层,然后再花28个小时爬出对流层,然后再8分多钟就到达地球,你要想想这光子跨越千山万水来见你一趟还真不容易。

光子在太阳内部的路径,中微子可是很直接的,直接就穿越了!

三、中子星和黑洞是啥玩意儿?中微子能穿透?

中子星是恒星末期内核质量超过钱德拉塞卡极限坍缩而成的,其特点是电子已经被强大的压力突入进了原子核,与质子中和成了中子,也就是强作用力作用下的物质,《三体》中制造水滴的材料!

黑洞的来源有两种,大爆炸时代的原初黑洞以及恒星时代形成黑洞,前者是大爆炸时代的高密物质坍缩形成的,恒星时代的则是内核超过奥本海默极限,强大的压力将夸克压碎坍缩成一个奇点。

两者都是极端致密天体,所不同的是中子星表面仍然有一个逃逸速度,而黑洞视界内连光速都无法脱离了,所以中微子碰到这两种物质是命运是迥异的。

强作用力聚合在一起中子星物质,对于人类来说只一个无法逾越的屏障,但对于中微子似乎并不那么有效,因为中微子不参与强作用力,因此它穿越中子星时强作用力对它无效,这表示中微子有可能可以直接穿越夸克之间的空隙(也不会受到夸克间的强作用力限制),从这一点来看,中微子穿越中子星的概率还是很高的,

从黑洞的德行来看,中微子是不可能穿透的,上文说明了中微子的速度仅比光速低0.0006%,因此在视界附近就被黑洞捕获了,而且当光子还在视界上绕圈圈的时候中微子已经和宇宙拜拜了,因为它会比同时到达的光子先坠入黑洞!

在这个被黑洞极度扭曲的时空里,中微子和光子一样,都会迷失方向,唯一不同的是中微子更抵不住“黑洞姑娘”的诱惑,而早早的坠入了她那冷酷无情的陷阱里。

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