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为了中微子,我们有800公里长的粒子加速器

科普小知识2021-11-22 00:31:29
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为了中微子,我们有800公里长的粒子加速器

世界上最长的中微子实验设施叫做新星,由两个巨大的探测器组成。

据研究人员称,这种被称为“新星”的实验设备由两个800公里外的巨型探测器组成,用于探测和研究中微子——自然界最神秘的亚原子粒子之一。中微子是自然界中最丰富和难以捉摸的粒子之一。科学家认为,如果中微子能被更好地理解,就有可能对宇宙的存在和运行原理有更清楚的理解。芝加哥附近的费米国家加速器实验室将发射世界上最长、最强的中微子束。新星探测器将使用这个中微子束来记录中微子的证据链。

中微子非常轻,几乎没有重量,无处不在,对人类无害。每秒钟大约有100万亿中微子穿过我们的身体。中微子是在宇宙大爆炸中产生的,可以在太阳和我们的身体中产生,但是它们移动得非常快,科学家很少有机会找到它们,所以他们的理解非常模糊。

“在所有已知的粒子中,中微子是最奇怪的一组,”加州大学圣克鲁斯分校的科学家史蒂文·里兹说。它们被称为“一组”的原因是有三种类型的中微子,每一种都可以转换成另一种,所以科学家们无法找到原因。例如,费米国家加速器实验室的粒子理论家解释道,“如果芝加哥最终发射出中微子束,最初可能是巧克力奶昔,但当它到达南达科他州时,可能会部分变成草莓。”

为了中微子,我们有800公里长的粒子加速器

工人们正在安装“新星”远程探测器的一个单元。

科学家可以从中微子中找到外层空间暗物质和其他奇怪的天体物理现象的线索。新星粒子探测器建立在来自费米实验室的中微子束路径上,从费米实验室开始,到明尼苏达州北部结束。近端探测器位于费米实验室的地下,重近300吨。当中微子以接近光速穿过地球时,这种探测器可以探测到它们的踪迹。远程探测器重约14000吨。当中微子束经过大约800公里的旅程到达远程探测器时,它也能被探测到。科学家用它来分析中微子在长途旅行后会发生什么。

在接下来的六年里,费米实验室将每秒通过中微子束向两个探测器发送数十亿个中微子。科学家希望每天都能在远程探测器中探测到几个中微子。通过实验数据,科学家们希望了解更多关于中微子的知识,并理解为什么它们会在三种类型之间不断转换。

为了中微子,我们有800公里长的粒子加速器

明尼苏达州的“新星”远程探测器

位于明尼苏达州的远程探测器被认为是世界上最长的不需要支撑的塑料结构,长约60米,高约15米,宽约15米。两个检测器都是由聚氯乙烯制成的,并且充满了发光液体。当中微子与它们反应时,液体会发光。光纤将光信号传输到计算机,计算机生成这种相互作用的三维图像供科学家分析。科学家还希望能够验证这三种中微子的质量,以确定哪一种是最重的。