地下1500米巨型实验室揭晓支配宇宙神秘规则

大科学事件通常意味着需要努力思考和聪明的规划，这将研制出最尖端的科学设备，并有望获得突破传统的重大发现。目前，科学界权威人士和应邀的社会显要人物做出一个重要决定，使一些科学梦想进一步成为现实：他们将建造一个巨大的地下实验室，有望揭晓支配宇宙的重要规则。

这个最新科学设备叫做“深层地下中微子实验室(DUNE)”，将部署在桑福德地下研究机构(SURF)，这里曾经是南达科塔州霍姆斯特克金矿。DUNE实验室将探测叫做中微子的亚原子微粒，距离芝加哥以西费尔米国家加速器实验室1280公里。

DUNE是一个重大科研项目，来自全球1000多位科学家参与该项目，该探测器非常庞大，并需要建造在霍姆斯特克矿1500米深的一处地下洞穴中，为了制造这个洞穴，工人需要挖掘80万吨岩石，其重量相当于八艘现代航空母舰的重量。在高峰期此项挖掘工作需要南达科塔州大概2000个工作岗位。

幽灵粒子

中微子是亚原子微粒，但它不同于质子、中子和电子，它们对于构建原子结构不具有关键角色，它们是地球上放射性元素衰变时产生的，这一过程叫做“β衰变”。事实上，在3种已知亚原子作用力中(电磁、或强和或弱的核力)，中微子仅能感知微弱的力量，由于中微子的弱作用力，它们很少与其它物质发生交互。

这些幽灵粒子在宇宙无所不在，除了形成于β辐射，它们还大量出现在核反应堆中。虽然分布全球的核电站也能制造中微子，但最大的核反应还是出现在太阳。太阳每秒喷射大量的中微子，尽管地球与太阳的平均距离大约是1.5亿公里，平均每秒太阳喷射抵达地球的中微子数量大约100万亿，这些中微子根本不会对人体构成威胁。

为了让人们真实理解这一过程，假设你是一位中微子恐怖症者，希望屏蔽持续降落至身体上的中微子。这是可能的，至少从理论角度具有一定“现实意义”。中微子与物质发生微弱交互作用，如果你希望身体屏蔽来自太阳的中微子，你可以使用一块非常厚的铅板。铅板需要足够厚度，能够阻挡一半的太阳中微子，这块铅板非常厚，足以填补地球和第二颗邻近恒星半人马阿尔法星之间的空间，它与地球之间的距离超过4光年。如果中微子能够多数穿过铅板，那么它肯定能够穿过人体，就此而言，甚至包括地球。

令人惊奇的中微子

为什么中微子会让人们关注呢?在过去1个多世纪里，中微子曾多次令科学家感到惊奇，尽管中微子在β衰变中释放中微子，它们的交互作用非常弱，之前科学家无法长时间探测到它们的存在。因此，它看上去就像β衰变打破了物理定律，能量和动量似乎并不守恒，换句话讲，最初原子核能量并不能完全解释它的衰变过程。

1930年，物理学家沃尔夫冈·保利(Wolfgang Pauli)提出中微子是无形的，本质上是无法察觉的微粒，它们可用于解释β衰变过程。直到1956年，科学家探测到一个核反应堆释放中微子，运行这项实验的科学家是弗雷德里克·莱因斯(Frederick Reines)和克莱德·考恩(Clyde Cowan)，在他们决定使用不引人注目的反应堆之前，考虑试图从核爆炸中捕捉中微子脉冲。

同样在1956年，科学家吴健雄(音译)进行了另一项实验，他使用钴原子核的β衰变显示了控制中微子的力量，弱核力拥有一个惊人的特征，涉及弱核力的现象可在我们熟悉的宇宙中观测到，它不太可能出现在一个镜相宇宙之中，也就是说，当一个方向发现切换，例如：左右交换，上下颠倒等。

这一观点与强核力和电磁学形成鲜明的对比，这种方向的切换是可以实现的。但由于弱核力不遵循这种上下、左右对称的方向切换类型，如果爱丽丝穿过这样的镜面，她将遭遇一个真实、但不同于我们的现实世界。最终，俄罗斯物理学家列弗·朗多(Lev Landau)证实称，控制宇宙物质的法则支配着镜相宇宙中的反物质，或者物质和反物质都是镜相图像。这项发现涉及中微子和弱核力，可能重新改写科教书相关内容。

行为怪异的粒子

上个世纪60年代，中微子带给我们多个惊喜。1962年，物理学家利昂·莱德曼(Leon Lederman)、梅尔文·施瓦兹(Melvin Schwartz)和杰克·施泰因贝格尔(Jack Steinberger)发现存在两种类型的中微子(2000年科学家发现在费尔米国家加速器实验室发现第三种类型的中微子)。更大的惊喜发生在当化学家戴维斯·大卫(Raymond Davis)试图使用一个奥运会游泳池大小的桶状结构装满干洗液作为一个中微子探测器，探测到来自太阳的中微子，干洗液中的氯与太阳中微子发生交互反应，将其转换成放射性氩和电子，通过测量氩，科学家间接地发现了中微子，有趣的是，大卫的中微子探测器也设立在霍姆斯特克金矿。

文章来源：《分析试验室》 网址: http://www.fxsys.cn/zonghexinwen/2020/0922/409.html