比飞驰的子弹还快，而且更难被发现
粒子物理学家利用中微子探测的创新
威廉和玛丽学院的物理学家杰夫·纳尔逊解释了一种测试中微子探测实验中使用的荧光塑料的设备。Eric Dale拍摄。
每秒都有相当于银河系恒星数量5万倍的中微子以接近光速的速度穿过你的身体。这些无限小的粒子是宇宙中最崎岖的旅行者：中微子在恒星爆炸和太阳核心的核反应中诞生后，向各个方向飞驰而去，无所不有。尽管中微子无处不在，但几乎不可能被探测到。
物理学家通常把中微子称为“幽灵粒子”，因为它们像刀穿过黄油一样，通过任何障碍物来躲避探测。我们认为我们的身体是固体的，但对中微子来说，你的原子是由巨大的空穴隔开的，与它们中的任何一个发生碰撞都是极不可能的。为了探测到中微子，粒子物理学家必须建造能够促进中微子撞击的仪器。这项具有挑战性的任务需要非凡的措施——巨大的中微子探测器、国际科学合作和废弃的铁矿。
与物理学的许多领域一样，中微子的存在最初是由试图平衡方程的科学家假设的。当原子从一种形式衰变为另一种形式时，它们似乎会失去能量，这违反了物理学的基本定律。科学家们假设并随后证明，看似缺失的能量被放射性衰变中释放的中微子带走了。
这种类型的放射性是自然运作方式的一个组成部分，因此了解中微子是朝着创建一个解释宇宙奥秘的统一物理理论迈出的重要一步。中微子也可能帮助我们解开一些关于大爆炸之后发生了什么的谜团。然而，解决有效中微子研究的问题是最近的一项努力，并取得了一些成功。粒子物理学家已经想出了一些巧妙的方法来捕捉超速的中微子。
在芝加哥郊区的地下深处有一个类似中微子枪的装置——费米佳博体育的“主注入器中的中微子”光束。它向西北方向的明尼苏达州苏丹的一个旧铁矿发射人造中微子的短脉冲，那里有一个巨大的中微子探测器。探测器由多层塑料棒组成，当中微子撞击时，这些塑料棒会发光。连接在磁棒上的光纤电缆将这些微小的闪光传输到计算机，计算机记录下每一个中微子。整个努力被称为MINOS，即主注入器中微子振荡搜索。
大多数中微子直接穿过探测器，但每天的少数撞击被仔细记录下来。中微子从芝加哥到达地球所需要的时间，让物理学家得以专注于中微子的速度（由于意大利一个实验中的插头松动，人们一度认为中微子的速度比光速还快），以及我们尚未精确确定的中微子质量。
但是当你从735公里外的光束中寻找中微子时，奇怪的事情发生了：其中一些中微子消失了。苏丹探测器并没有捕捉到预期的那么多中微子，这一奇怪的现象导致了不同“口味”（是的，这是科学家们使用的词）中微子的确认。中微子似乎在三种不同类型之间经历周期性振荡，这导致了苏丹的深刻结果。
在日本从事Super-K项目的物理学家们已经采取了一种可能更具成本效益的中微子探测方法。他们使用的不是发光的塑料棒，而是一个装满5万吨纯水的水箱，周围是超灵敏的光探测器。他们已经能够通过测量中微子与水箱中的水原子碰撞产生的微小闪光来绘制太阳穿过天空的路径。
虽然利用数百个微小的蓝光闪光来绘制太阳在一个巨大地下球体内部的位置听起来奇怪地美丽，但中微子可能有一个更引人注目的用途。它们的传播速度如此之快，以至于当一颗老化的恒星爆炸并释放出大量辐射时，爆炸产生的中微子会在任何光子之前逃逸并开始加速。这意味着超新星发出的光要在中微子到达地球之后才能到达地球。果然，当1987年观测到大麦哲伦星云中一颗恒星的爆炸时，中微子科学家报告了相应的读数峰值。全球的中微子探测器现在联网在一起，等待着向天文学家通报银河系中未来的超新星。
在短短60年的时间里，物理学家已经从对中微子的存在一无所知，发展到有能力制造自己的中微子，探测到大量中微子，并分辨出不同的味道。随着我们的光束变得越来越强，我们的探测器变得越来越大，中微子和宇宙的奥秘可能会自己揭示出来。尽管这些微小粒子的波会继续存在，不管我们是否理解它们，研究它们永远不会过时。
*这篇文章是威廉玛丽学院环境科学与政策课程的一部分，ENSP 249：科学传播。有关课程的更多信息，请发送电子邮件给课程讲师Ibes博士dcibes@wm.edu。
来源
毕昂塔，R.M.等。1897。大麦哲伦星云中与超新星1987A重合的中微子暴的观测：物理评论快报。58节，第1494-6页。
Cravens， J.P.等人，2008。在超级神冈的太阳中微子测量：物理评论D. v. 78, p. 032002-1-11。
古德曼，M.C. 1995。苏丹2的大气中微子异常：核物理学报B辑（增刊）。38节，第337-42页。
琼斯，T. 2005。纳尔逊准备在地下半英里处捕获中微子：W&M新闻。web.wm.edu/news/archive/index.php?id=4390（2014年2月访问）。
