1光年厚的鉛板都不一定擋得住中微子, 為啥中微子穿透力這麼強?

宇宙通常被認為是時間、空間和物質全部的總稱，還包含了各種各樣複雜的能量以及影響這些能量和物質的物理上的定律。

現在的很多人都認為宇宙是來自於一場大爆炸，大概發生在137億年左右的樣子，經過了漫長的時間才演變成了如今複雜而摧殘的宇宙空間。

宇宙到底有多大，人類目前並沒有一個較為準確的說法，根據當前的科學水平來說，人類可以測量到的宇宙的直徑大約為930億光年，1光年指的就是光在真空的環境下沿著直線行走一年的距離單位。

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因為無法看到可觀測邊界之外的空間，人類也無法知道宇宙到底是有限的，還是無窮無盡的。有些

科學家

估測，若是宇宙有邊界，那麼大小一定是在我們已經觀測到的範圍的250倍以上，大概是超過23萬億光年的直徑。

可以想象，宇宙的大小可謂是無窮無盡，哪怕人類研究出了光年移速的宇宙飛船，想要試圖跨越宇宙，也要上千億年，足夠人類從碳基生物進化成另外一種生物了。

甚至是對於宇宙本身而言，人類不管有多努力，也不過相當於身體上的一隻無法引起注意的微生物罷了。

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中微子

的發現‍

透過對宇宙長達幾十年的觀察和研究，天文學家們得出了宇宙中只有5%的普通物質，其他則分別是68%的驅動宇宙運動的暗能量，以及26。8%的如同膠水一樣粘合所有物質的暗物質，而除了普通物質，這些對宇宙有著重要作用的暗物質和暗能量都無法被人類監測到。

同時宇宙中的物質大多是由粒子構成，而其中數量最多的粒子，當屬中微子，並且中微子還在宇宙的起源和演化中起著非常重要的作用。

然而中微子雖然充斥著宇宙，但因為與其他物質的相互作用尤其弱，也很難被科學家們探測到。

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由於19世紀20年代人們研究放射性時，發現了物質在β衰變過程中，電子帶走了一部分的能量，可科學家卻始終無法發現這些失蹤的能量去了什麼地方。

1930年，一名物理學家泡利根據“能量守恆”的定律，提出了還存在未知粒子的假說，並在第二年將其命名為“中微子”，認為它是在原子核當中。

然而這些還只是一種假設，直到20多年以後，1956年，美國科學家們才在一次實驗中成功觀測到了中微子的存在。因為中微子的神秘和探測難度大，人們也將它叫做是“鬼微子”和宇宙“隱身人”。

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中微子是什麼‍

中微子是輕子的一種，也就是不參與強相互作用的費米子。它具有著非零的靜質量，質量非常輕，甚至有的比電子的100萬分之一還要小，並且非常小，不帶電，自旋為1/2，運動速度能夠接近光速。

然而中微子只參與非常微弱的弱相互作用，在100億個中微子裡，才會有那麼一個比較積極的，能夠“願意”與其他物質發生反應。

也正是因為如此，儘管中微子除了宇宙大爆炸的殘留，還產生在宇宙和地球的很多活動中，比如核裂變、核聚變、超新星爆發等過程，以及人類活動中的核反應堆發電等也會產生中微子，然而人們對中微子的瞭解是基礎粒子中最少的，發現的時間也很晚。

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透過現代對於中微子的研究，我們能夠發現中微子有三種，即電子型中微子、μ型中微子和τ型中微子，並且還都有相同的中微子反粒子。

1998年，當時的科學家們透過實驗，證明了中微子能夠變成另外一種中微子，不僅證明了振盪現象，還打破了當時人們以為的中微子幾乎沒有質量的認識，間接反映了中微子本身擁有著極其微小的質量，對粒子物理和天體物理等都有著非常重要的影響，中微子也遠超粒子物理的範疇。

中微子的穿透力‍

中微子還有一個非常驚人的特點，即——穿透力。事實上，我們身處在地球之中，而中微子能夠毫無阻礙地穿越地球，甚至每一秒，人類的體內就會穿過10萬億個中微子，然而我們根本無法感知到這個恐怖的被億萬個粒子穿越的事情。

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因為中微子很難與其他物質發生反應，如同雁過不留痕，哪怕肆無忌憚地穿行宇宙，也無法被人們所發現。就算是在宇宙中，假設一箇中微子在宇宙行走1億光年，也只會有一半的機率才會發生反應。

並且恆星核聚變產生的光子和中微子，光子也跑不過中微子，太陽系的光子從核心到達表面要經歷14萬年的漫長時間，遭到無數的阻攔，才能夠磕磕碰碰地逃出太陽，中微子卻不受任何的限制和約束，幾秒的時間就能跑出來。這些都說明了中微子極強的穿透力。

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這其實與宇宙中的四種基本作用力也有著很大的關係，即原子核層面的作用力核力，同樣也被叫做是強力、弱力，以及在我們的生活中時常都會接觸到的引力和電磁力。

根據基本作用力的強度來比較，其中強力是最大的，引力則是最小的，粒子構成物質也就是依靠著這種作用力。人類通常是根據電磁力來觀測粒子，但是中微子並不理會電磁力，並且受到引力的影響非常小，也是為什麼中微子的穿透力如此強大的原因之一。

因為從微觀的角度來講，構成物質的粒子與粒子之間其實有著非常大的空隙。比如一個原子，原子核的質量非常大，幾乎是整個原子質量，但是原子核的大小卻非常小。

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假設原子的直徑經過放大能有地球那麼大，原子核在其中就只是滄海一粟，相當於一棟高樓，電子就更小了，如同雞蛋的大小。就算是把原子核外面的電子全部都放進這棟大樓中，加起來也僅僅只有20餘米。

中微子只會與物質發生弱相互作用力，但是這種作用距離過於短，而且僅僅存在於原子核裡面的夸克上面，如果要發生反應，那麼只有當中微子非常巧合地撞在原子核的夸克懷裡的時候。

然而上面也說了，中微子和夸克本身也都非常小，假設中微子直徑能有1毫米，那麼夸克只有10釐米，但是原子核卻比它們大了無數倍，是10000千米，可以想象，這個“巧合”到底有多麼難以發生。

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這些都說明了在微觀的世界裡，我們人類眼中的一切物質，對於質量非常小的中微子來說，全都是遍佈縫隙的“破篩子”，而且中微子因為本身並不帶電，速度接近於光速，也很難發生相互作用，因此穿越地球和人類也不過簡簡單單，輕輕鬆鬆。

1光年厚的鉛板‍

金屬鉛一般被人類認為是防輻射的材料。通常來說，是否能夠防輻射需要考慮原子序數和物質密度兩個條件。但是越大的原子序數不說它自己就有放射性，數量也很稀少，生成環境還很難，成本極高。

鉛的原子序數就相對來說比較高，而且沒有放射性的存在，同時密度為11。3克/立方厘米，比它密度高的一般都較為昂貴，不適合用來充當防輻射的物質。

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雖然鉛的密度很大，1光年的鉛板也有一定的厚度和引力，但是中微子在穿過大量鉛原子構成的鋼板時，縫隙依舊非常巨大，一箇中微子只要沒有傻愣愣地剛好撞上夸克，就可以一直不停，直到穿過這1光年的距離。

因此1光年厚的鉛板不一定能夠阻攔中微子，只有5光年的厚度，鉛板才能有足夠的力量阻擋中微子的運動。

中微子的相關研究‍

根據推算，每一秒的時間裡，每一平方釐米的地表就會被600億個中微子穿過。那麼人類是否會受到中微子的影響呢？

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實際上人類基本隨時都處在中微子的“汪洋大海”之中，每一分每一秒都被無數的中微子穿過，並且這並非是短時間的，而可能是從古至今，從宇宙誕生開始就開始發生的，就如同空氣一樣對於人類身體而言是極其普遍和常見的存在。因此，中微子對人類本身並沒有什麼影響。

但是如果人類能夠抓住中微子，掌握利用中微子的方法和技術，則將對人類的科技發展產生巨大的推動促進。

比如在通訊方面，目前我們經常使用到的電磁波由於只能直線傳送，而地球是個球狀星球，電磁波並不能穿過表面，甚至地表的一些建築物和地形還會阻攔電磁波的路線，因此它只能透過衛星和地面站的連線，才能在遠距離收到資訊。

而中微子能夠肆無忌憚穿行地球，並且耗損非常小，在南美洲使用高能加速器產生中微子，接近光速的速度會在極快的時間內直接到達地球的另一邊的北京。

美國科學家已經成功實現了中微子的通訊，並且無法被攔截和破解，如果對這個功能加以利用，就能節約非常大製造衛星和地面站的成本，將在未來高速發展的資訊化時代佔據至關重要的地位和巨大的優勢。

科學們對於中微子的研究還有助於探清世界的真相，對揭示物質的誕生和反物質世界的消失具有著極大的作用。

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為了尋找宇宙的超高能中微子，科學家們還利用了中微子只參與弱相互作用的特點，建造了一個有著5萬噸純水的超級中微子探測器，以便觀察中微子。

我國在2008年也提出了中微子相關的實驗，並且也希望找到一種全新的衰變，確定反中微子到底是不同的粒子，還是中微子本身。

如果想要完成這項實驗，需要超高的難度，比如建設巨大的探測器和20000噸液體閃爍體。除此之外，還需要能夠將光子轉化為電子，再放大10的7次方倍的光電倍增管，這個裝置在當時還需要從國外進口，價錢也非常昂貴，需要投入巨大的成本。

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其實早在20世紀60年代的時候我們也曾經擁有過光電倍增管的工廠，只是在90年代被被市場淘汰了，我國經過了多年的研究，終於擁有了較低成本的光電倍增管，也將成功開始對中微子的研究。

結論

早在宇宙誕生之初，大爆發的發生就在第一時間產生出了大量的中微子，這些神秘的粒子比光子更能體現宇宙的起源、演化和整個世界的形成。

事實證明，人類對於宇宙的瞭解和探索還遠遠不夠。我們距離發現中微子過去了不到百年的時間，雖然有所進展，卻依然還不夠。

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科學家們也在不斷地研究中微子，試圖發現其中蘊藏的奧秘，破解宇宙的真相，在他們看來，研究中微子的本身要重要於它本身的利用價值和實用性。相信在不久的未來，我國必將掌握中微子的技術，實現經濟和科技的又一個大飛躍。