中微子 太阳内部为什么会释放中微子?科学家在密闭的山洞中,研究出答案


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这么多年以来 , 我们对太阳及其构造的认知 , 基本上都是来自于物理模型推导出来的结果 。 然而 , 太阳的内部究竟是什么样 , 我们还是知之甚少 , 即使发射了帕克太阳探测器 , 它也只能在距离太阳表面一定距离内进行观测 , 根本无法深入到内部去 , 估计在相当长的时间跨度内 , 我们都无法将探测器发射到太阳内部 , 毕竟非目前的人力所能为之 。
太阳发出的中微子当太阳光照射到我们身上时 , 它不仅仅是在我们的皮肤上留下光斑 。 其实 , 除了可见光、红外线、紫外线、X射线、伽马射线等高能射线之外 , 还有一种质量非常非常微小、我们无法感知到存在的粒子 , 这种粒子叫做中微子 , 科学界形容它为“幽灵粒子” 。
光是从太阳发出的中微子 , 每秒至少有数万亿个穿过我们的身体 , 然后再进入到我们脚下的土地里 , 然后再以接近光速的速度 , 从地球上呼啸而过 。
中微子在标准粒子模型里 , 属于轻子的一种 , 它本身不带电荷 , 质量非常微小 , 甚至仅为电子质量的百万分之一 。 正是由于它的质量非常非常小 , 所以运行速度非常快 , 达到了非常接近光速的程度 。 同时 , 由于它没有电荷属性 , 基本上不与周围的任何物质发生作用 , 所以极难被探测到 。
科学家们花了数年时间 , 在南极和一些高山上设置了特殊的探测装置 , 来捕捉来自宇宙空间特别是源自太阳的中微子 , 于2013年首次捕捉到了高能中微子的踪迹 。
太阳向外发射光线和能量 , 根本来源是内部无时无刻不在进行的核聚变 。 而在这些核聚变中 , 绝大部分甚至超过99%的都是质子和质子聚合的聚变反应 , 剩余的极少部分 , 长期以来 , 科学家们认为 , 则是与上面的聚变类型完全不同的模式 , 即有弱相互作用参与的核反应 。 通过数十年的努力 , 科学家们终于首次探测到来自这“第二种反应”产生的中微子 。
通过模型测算 , 通过“第二种”反应产生的中微子数量级非常庞大 , 达到每秒10的38次方 , 一经形成 , 这些中微子便向“脱缰野马”一样 , 毫无阻拦地从太阳内部冲向宇宙的四面八方 。
探索太阳中微子的意义科学家们通过精密的测量手段 , 捕获了来自太阳的中微子 , 这个发现触及到了天文领域一个非常激烈的争论问题 , 即太阳的组成成分是什么?
在以往的认知中 , 我们知道 , 太阳至少含有 98% 的氢和氦 , 这是自然界中最轻、含量最丰富的两种元素 。 但关于剩余的2%的构成 , 科学家们一直在进行着激烈争论 。 研究人员可以通过分析物体发出什么颜色的光、或者不发出什么颜色的光 , 来确定其组成 , 不过当涉及到太阳中一些潜在的较重成分(比如碳、氮、氧等)时 , 这个方法就行不通了 , 因为这些重元素本身不带有“透光”属性 。
当观测这条途径行不通时 , 科学家们只好转向理论研究 。 在最早期的太阳成分模型预测中 , 人们认为太阳内部的碳、氮、氧重元素的含量 , 应该在1.8%左右 。 不过进入新世纪后 , 更加复杂的理论诞生了 , 科学家们同时结合太阳表面的扰动特征 , 预测太阳内部的重元素含量比例 , 降低为1.4%左右 。
虽然和之前的推测只有0.4个百分点的差距 , 但是这对于恒星来说影响是巨大的 。 太阳是我们研究“最透”的恒星了 , 对宇宙中其它恒星的研究 , 我们往往采取的是与太阳进行对比 , 无论是演化进程 , 还是光度 , 以及恒星内部的组成 。 从组成来看 , 如果我们将这个差异应用到其它恒星上 , 那么就将得出整个宇宙中碳、氮、氧等较重元素的数量 , 普遍要比原来预测物低40%左右 。

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