「幽靈粒子」記錄了中微子的發現以及尚待了解的內容

幽靈粒子
艾倫喬多斯和詹姆斯裡奧登
麻省理工學院出版社，32.95 美元

我們生活在中微子的海洋中。 每一秒，都有數萬億的細菌穿過我們的身體。 它們來自太陽、核反應器、宇宙射線撞擊地球大氣層的碰撞，甚至是宇宙大爆炸。 在基本粒子中，只有光子的數量最多。 然而，由於中微子幾乎不與物質相互作用，因此它們很難被探測到。

中微子的存在於 20 世紀 30 年代首次提出，隨後又被提出。1950年代驗證（序號：2/13/54）。 幾十年後，許多有關中微子（部分因為它不帶電荷而得名）的內容仍然是個謎，包括存在多少種中微子、它們有多少質量、質量從何而來以及它們是否具有磁性。

這些謎團的核心是幽靈粒子作者：物理學家艾倫‧喬多斯和科學記者詹姆斯‧裡奧登。 這本書對這個令人困惑的粒子進行了豐富、易於理解的介紹。 喬多斯和里奧登引導讀者了解中微子是如何被發現的，我們對中微子了解和不了解，以及正在進行和未來的實驗（祈禱）將提供答案。

等待這些答案的不只是中微子物理學家。 裡奧登說，中微子“對於理解宇宙和我們在其中的存在都非常重要。” 例如，揭開中微子的面紗可能是解開暗物質本質的關鍵。 或者它可以解決宇宙的物質難題：大爆炸應該產生等量的物質和反物質，即電子、質子等帶相反電荷的物質。 當物質和反物質接觸時，它們會互相湮滅。 所以理論上來說，今天的宇宙應該是空的——但事實並非如此（序號：9/22/22）。 它充滿了物質，但出於某種原因，反物質很少。

科學新聞與該雜誌的經常撰稿人 Riordon 討論了這些難題以及中微子如何作為觀察宇宙甚至我們自己的星球的工具。 為了篇幅和清晰度，以下對話已編輯。

序號：在第一章中，您列出了有關中微子的八個未解答的問題。 哪個才是最迫切需要回答的？

裡奧登：它們是否是自己的反粒子可能是最重要的問題之一。 中微子是它們自己的反粒子的提議是解決各種問題的一個優雅的解決方案，包括我們生活的物質殘留物的存在。標準模型。 這是最成功的理論之一，但它無法解釋中微子具有質量的事實。

序號：為什麼現在是寫一本有關中微子的書的好時機？

裡奧登：所有這些關於中微子的問題現在都達到了緊要關頭——中微子可能是它們自己的反粒子的暗示、中微子不太符合標準模型的問題、是否存在惰性中微子[一種假設的候選中微子]對於暗物質]。 在接下來的幾年、十年左右的時間裡，將會有許多實驗來[幫助回答這些問題]，無論哪種方式的解決方案都將是令人興奮的。

序號：中微子也可以用來幫助科學家觀察一系列現象。 中微子可以幫助解決哪些最有趣的問題？

裡奧登：有些觀察只能用中微子來完成，沒有其他技術替代品。 使用光基望遠鏡回顧歷史存在一個問題。 我們有這個真的很棒詹姆斯韋伯太空望遠鏡這可以追溯到很遠的歷史。 但在某個時刻，當你追溯到足夠遠的時候，宇宙基本上對光是不透明的； 你看不到它。 一旦我們縮小瞭如何探測和測量宇宙中微子背景（大爆炸後不到一秒鐘形成的中微子）的範圍，這將是一種回顧最初的方式。 除了重力波之外，你無法用其他任何東西看到那麼遠。 所以它會給我們一種望遠鏡，讓我們回到宇宙的起源。

另一件事是，當超新星發生時，內部會發生各種非常酷的東西，你可以用中微子看到它，因為中微子立即爆發出來。 我們稱之為“宇宙中微子炸彈”，但您可以追蹤超新星的運行情況。 對於光來說，它需要一段時間才能脫離[恆星爆炸]。 我們即將迎來[附近的]超新星。自 1987 年以來我們就再也沒有過。 這是天空中最後可見的超新星這對研究來說是個福音。 現在我們在世界各地都有中微子探測器，下一個探測器將變得更好（用於研究），甚至更令人興奮。

如果我們開發出更好的儀器，我們就可以利用中微子來了解地球中心正在發生的事情。 沒有其他方法可以探測地球的中心。 我們使用地震波，但解析度確實很低。 因此，我們可以解決許多關於中微子構成行星的問題。

序號：中微子故事中你有最喜歡的「角色」嗎？

裡奧登：我當然非常喜歡我的祖父克萊德·考恩（Clyde Cowan）[他和弗雷德里克·雷因斯是第一批探測到中微子的物理學家]。 但萊因斯是個引人入勝的角色。 他很有詩意。 他是一名歌手。 他確實具有創造力。 我[在書中]提到，他們在探測器上貼上了“SNEWS”標誌，表示“超新星預警系統”，這有點與當時（冷戰期間）的彈道導彈預警系統相呼應。 就這麼熟了。

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