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中子和质子的夸克有何不同中微子双β衰变意味着什么?

归档日期:06-22       文本归类:放射性衰变      文章编辑:爱尚语录

  对于科学元素的转变而言,科学家们最狂热的梦想之一,就是将一个普通元素转化为另一种元素。而通过事实证明:在大自然界中,虽然我们人类没有给予任何的帮助,但是自然元素的化学变化也是存在的,也就是存在正发生着将一个元素衰变转变为另一个元素的情况,这样的现象被称为放射性的“天然炼金术”。物理学家们研究了一些相对更罕见的“衰变”,虽然可能会超出我们的认知,但却可以得到一些最基本的物理学内容。

  在所有放射性衰变中,有一个被称为中微子双β衰变,物理学家都希望可以找到这个难以捉摸的它。因为,它可以说明放射性元素只是吐出了两个电子,并没有其他任何东西,这其中自然不包括无电荷,以及没有被称为中微子的粒子等物质。当这样的衰变在我们的现实生活中呈现,那么这也将和物理学的基本原则之一相驳。与此同时,也会推动寻找新物质的竞赛。

  这是一个最长的实验之一,通过它的结果显示并没有这个出现这个过程的暗示,这对于中微子双β衰变的粉丝而言,可能不是一个好消息。物理学家们现在可以做的,大概也只有保持手指交叉,然后继续挖掘其中的答案吧。这一个特殊的过程就像独角兽一样稀缺,因为其本身的罕见性,想要捕获这个过程的难度也就可想而知。

  只有跟着时间的线索进行追溯,我们才可以了解中微子双β衰变的重要性。当时间回到19世纪末,能够知道放射性衰变最初是什么:Ernest Rutherford(欧内斯特·卢瑟福)发现了α,β和γ,这是三种不同的衰变,但它们之中的每一个都导致了不同类型的能量发射。这三种衰变中的“β射线”是最特别的,因为它在停止之前就足以穿过一些金属板。经过后来的实验证明,这些射线的本质其实就是电子。这也是为什么像铯这样的化学元素也正在发生变化,希望将自身转化为如钡一样的其他元素,并且在这个过程中吐出电子。

  在我们弄清楚质子和中子的微小粒子是什么元素之后,质子的构成、中子的构成,以及夸克这样更微小的粒子,它们的实体是怎么和每个元素互动,其他强弱核力量的内部原子答案不会再持续数十年之久。因为偶然的发现,物理学家们了解到中子也可以在某一天成为一个质子,并且在这个过程中发射了一个电子,也就是曾命名的β射线。你是什么样的元素,取决于质子的数量,而中子变为质子就说明了我们可以神奇般的将目标元素成功转化为其他元素。

  中子的内部结构由被称为夸克的较小字符组成,想要实现元素的转变,首先需要改变中子的内部结构。质子和中子结构内部的夸克是有所不同的,中子有一个“向上”夸克和两个“向下”夸克;质子有反向,一个夸克“向下”、一对夸克“向上”。因此,我们只有利用宇宙中的弱核力,并沿途通过β辐射将这些夸克中的一种从下向上翻转,然后实现一种元素到另一种元素的转换。

  虽然在整个过程中都是这些微弱的力量在发挥作用,但所涉及的所有物理反应都是平衡的。我们可以用电荷作为示例,从单个中性中子开始,到最后得到一个带正电的质子。这本身就是一个禁忌,所以需要去平衡带负电的电子。同时,轻子的总数也必须保持同样的数量,这便是另一个需要平衡的行为。“轻子数守恒”是这种平衡的专有术语,而Lepton则只是一些最微小的粒子(如电子)的奇特名称。什么是平衡?一个新的粒子在反应中产生,被视为负面的反中微子平衡了这一切。

  是否存在一种不需要中微子的β衰变?虽然两次β衰变同时发生比较罕见,但这并不是一个有趣的结果,因为这个过程中吐出了两个反中微子和两个电子。如果双β衰变没有中微子的发出,那便可说明反中微子和中微子本身就是完全相同的。在中微子做出逃逸反应之前,它们会和自身相互作用。所以,想要在这样的衰变事件中描述确切的内部过程是非常困难的。之所以这样的研究可以让人感到兴奋,正是因为其违反了轻质数守恒,这样的反应只产生了两个电子,破坏了已知物理学的认知。当然,即使这样的过程在自然界中是存在的,那它也必定是难得一遇的。

  物理学家Karsten Heeger说,在宇宙之中存在的中微子平均会比质子多出10亿倍,并且新的中微子也在不停的被创造。这其中包括:原子反应堆中、地球上的粒子加速器中、恒星的核心、超新星的爆炸性崩溃期间,以及放射性元素衰变时。从本质上而言,中微子其实就是各种核过程中所产生的亚原子粒子(小中性的),它们具有没有带电的事实。虽然宇宙具有四种基本力,但中微子也只会和双重力、弱力之间相互作用,它们几乎没有质量,总是以接近光的速度穿过宇宙,这也是原子放射性衰变造成的根本原因。

  对物理学家而言,中微子至今仍然是一个让人难以揣摩的谜,虽然它看似无处不在,这些粒子却难以被仪器捕获。就像此刻,你身体的每平方厘米都有1000亿中微子穿过,但你却并没有感受到有任何异常。2011年,研究人员宣布他们检测到中微子的行进速度超过光速 ,这在当时引起了全世界的轰动,并受到了科学家的极大怀疑。只过了不到一年的时间,中微子又回到了宇宙守法粒子的领域:物理学家意识到,正是因为一个错误的布线,所以才模仿了一个快于光的发现。

  最近,费米实验室的研究人员证明已经发现了一种新的中微子,并且提供了令人信服的证据,新的发现被称为无菌中微子。这个发现同时也印证了LSND(液体闪烁体中微子探测器,在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室进行)的早期异常现象,这个框架解释了除重力之外的几乎所有已知粒子和力。关于中微子的更多研究,还需要物理学家们继续在这个领域探寻,不管是变化还是不变,都会为中微子的探索史提供更可信的参考。返回搜狐,查看更多

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