유령 입자란 무엇입니까? 효과는 어떻습니까?

1930 에서 유래, 베타 붕괴의 에너지가 보존 되지 않기 때문에, pauli 는 새로운 입자가 감지 하 고 누락 된 에너지를 빼앗아 갈 수 없다고 생각 합니다.

이것은 아주 이상한 새로운 입자입니다. 작고, 에너지가 넘치고, 전기가 없고, 반드시 어떤 질량도 있을 수 없고, 거의 감지할 수 없다. 페르미는 이 입자의 이름을' 중성미자' 라고 부른다.

우주에는 대량의 중성미자가 있는데, 우리는 매초마다 수백 조 개의 중성미자에 의해 폭격을 당하지만, 이것에 대해 전혀 느끼지 않는다. 그들은 우주에서 거의 질주하지만, 때때로 그들은 약한 상호 작용에 참여하여 붙잡힌다.

중성미자 탐사선은 20 10 년 동안 남극의 얼음 아래 마일 떨어진 곳에 얼음 입방체 중성미자 천문대를 건설하여 우주광선의 중성미자를 탐사하기 위해 특별히 사용되었다.

사실 1 입방킬로미터의 고대 얼음 덩어리로, 약 1 억 톤 정도이며 주변은 센서로 둘러싸여 있습니다. 이 센서들은 우주 광선에서 다른 아원자 입자와 함께 움직이는 중성미자와 그 산발적인 충격을 탐지하는 데 사용될 수 있다.

얼음은 주로 지구를 관통하는 입자에 집중되어 있다. 즉, 이 망원경은 아래를 내려다보고 있습니다.

중성미자는 귀신일 수도 있지만, 간혹 원자를 부딪쳐 뮤온 입자라는 아원자 입자를 만들어 내기도 하는데, 비교적 쉽게 볼 수 있다.

하지만 확률이 너무 낮아 물리학자들은 복권 플레이어가 수백 장의 복권을 구입하여 1 등상을 "보증" 하는 것처럼 더 큰 충돌 목표를 추가해야 했다.

중성미자가 얼음을 통과할 때, 일단 당첨되면 광속을 초과하는 속도로 추진될 수 있다.

빛보다 더 빠른 것은 없다는 것을 들어보셨을 겁니다. 네, 하지만 그건 진공에 불과합니다. 광자가 얼음과 같은 치밀한 물질에 들어가면 실제로는 속도가 느려집니다. 하지만 뮤온과 전자와 같은 다른 아원자 입자들은 느려지지 않습니다.

입자가 얼음과 같은 매체에서 빛의 속도를 초과할 때 체렌코프 방사선이라는 발광 현상이 발생한다.

음속보다 빨리 달리는 것처럼 소음을 낼 수 있습니다. 입자가 빛의 속도를 초과할 때, 요트가 물 속에 남긴 흔적처럼 소름 끼치는 푸른 빛의 흔적을 남깁니다.

원자에 부딪히는 중성미자를 시뮬레이션하다.

중성미자를 추적하는 것은 중성미자가 다른 형태의 물질과 전혀 상호 작용하지도 않고 전하도 없기 때문에 지구의 자기장이 그들을 편향시키지 않기 때문이다. 그들은 우주를 거의 직선으로 가로지른다고 할 수 있기 때문에, 우리는 그것들의 근원을 거슬러 우주 깊숙한 곳에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수 있다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)

20 17 년 9 월, LHC 입자의 40 배에 달하는 우주 광선이 얼음을 명중시켰다. 1 분 안에 천문대의 컴퓨터는 중성미자가 오리온 방향에서 온 것을 계산했다. 거의 동시에 페르미 감마선 우주 망원경은 같은 방향의 은하의 에너지 활동이 증가하는 것을 탐지했다. 세계 각지와 우주의 천문대에서도 이 현상이 발견되었다.

완전히 확실하지는 않지만, 고에너지 중성미자의 출처를 추적하는 것은 이번이 처음이다.

요약하자면, 우선, 중성미자, 십자성먼지는 우주의 먼 지역에서 온 정보를 휴대할 수 있게 해준다. 전자기 방사선, 중성미자, 심지어 중력파를 결합하여 우주를 탐구할 수 있다면 과학자들은 더 먼 우주의 심연을 더 쉽게 엿볼 수 있을 것이다.

둘째, 일부 중성미자는 가장 사나운 감마선보다 더 강하다. 차가운 불에서 뜨거운 석탄을 추출할 수 없는 것처럼, 일반 별처럼' 차가운' 근원에서' 뜨거운' 중성미자를 얻어서는 안 된다. 다른 말로 하자면, 이 중성미자들은 중성자별, 활동은하 중심, 폭발성 별의 흥분된 신호와 같은 뜨거운 가스를 전달할 수 있습니다.

마지막으로, 어떤 경우에는 저에너지 중성미자가 우주의 질량의 극히 일부만을 차지할 수도 있지만, 그것들은 우주의 진화에 중요한 역할을 한다.

사랑과 골동품처럼,' 얻기 어렵다' 는 것은 언제나' 가장 원하는 것' 이다. 중성미자 정보를 추출할 수 있다면 인류가 우주를 탐험하는 게임의 규칙을 바꿀 것이다.

유령 입자란 무엇입니까? 효과는 어떻습니까?

미지의 세계 영역의 확장과 기술의 지속적인 발전을 탐구함에 따라 거시우주의 형성과 발전 법칙에 대한 인식이 날로 변하고 미시적 차원의 물질 구성과 상호 작용 법칙도 끊임없이 심화되고 있다. 미시 분야에서는 중성미자의 발견이 일파삼할인이라고 할 수 있다. 그것의 관측 가능성과 그로 인한 물리적 특성으로 인해 과학자들은 이전의 모든 이론적 기초를 거의 포기했다. 이 매우 신비로운 미시 입자도 형상적으로' 유령 입자' 라고 불린다.

중성미자는 도대체 무엇입니까? 중성미자는 항상 우리 주위에 존재한다고 할 수 있다. 그들은 빅뱅 후에 방출되는 가장 기본적인 미시 입자 중 하나이다. 이후 연구에서 과학자들은 핵융합, 초신성 폭발, 방사성 원소 붕괴, 플라즈마 가속기에서 찾을 수 있다는 것을 발견했다. 우리 몸의 입방 센티미터 당 초당 평균 수백 억 개의 중성미자가 통과되어 우리는 아무런 느낌이 없다. 그들은 유령처럼 자취를 감추었다. 그들에게' 유령 입자' 라는 꼬리표를 붙이는 것은 정말 명실상부하다.

현대의 미시 입자에 대한 연구 결과를 보면 중성미자는 경자에 속하며 우주에서 가장 기본적인 미시 입자이다. 우리는 원자가 중성미자를 포함하지 않고 양성자와 중성자를 포함하는 중심 원자핵과 원자핵 밖의 전자로 구성되어 있다는 것을 알고 있습니다. 실제로 중성미자는 원자핵의 구조가 깨지고 더 많은 미시 입자가 재조합될 때만 발생한다.

중성미자와 중성자는 단 한 글자의 차이밖에 없는데, 두 가지가 모두 연결되어 있고 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 이들의 유사점은 전기가 없고 1/2 의 스핀 특성을 가지고 있으며, 자유도가 강하기 때문에 시스템의 양자 상태에는 단 하나의 입자만 존재하므로 중성자와 중성미자는 모두 페르미자에 속한다. 양자의 차이는 중성자가 강자에 속하며, 기본 입자의 멤버가 아니라 그에 상응하는 정적 질량을 가지고 있다는 것이다. 중성미자는 경자에 속하며 강한 상호 작용에 참여하지 않으며 정적 품질을 가질 수 있습니다 (과학계는 아직 결론을 내리지 못했습니다).

중성미자는 어떻게 발견되었습니까? 미시물리학의 기본 입자체계가 확립될 때까지 중성미자의 존재는 과학계에 알려지지 않았다. 아인슈타인이 질량보존법칙을 제시한 후 과학계는 폐쇄시스템에서 물질 변화 후의 총 질량이 변화 전의 값과 같다고 입을 모은다. 나중에, 사람들의 연구 규모가 더욱 심화되고 정제됨에 따라, 특히 방사성 물질이 발견 된 후 핵분열이 진행됨에 따라, 구성 물질의 총 질량은 반응의 진전에 따라 손실되고 해당 에너지가 방출됩니다. 이런 품질의 손실과 에너지의 방출은 질량보존법칙으로 완전히 설명할 수 없다.

이에 따라 아인슈타인은 질량과 에너지 보존 법칙을 제시하고 질량과 에너지를 에너지로 통일하는 표현인 E mc^2 를 제시하며 방사성 물질 핵분열로 인한 질량 손실 현상이 에너지 방출로 인한 것이라고 설명하고 물리학의 가장 기본적인 초석을 주조했다.

하지만 과학자들이 후속 과학 연구에서 중성자가 양성자와 전자, 즉 베타 붕괴로 쇠퇴하고 있다는 것을 알게 되었을 때, 반응 후의 총 에너지를 정확하게 측정하고 반응 전과 비교함으로써 일정한 에너지 손실이 있을 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 실험 오차를 제거한 후에도 이 현상은 여전히 해결되지 않았다. 이 문제는 이전의 질량과 에너지 보존 법칙으로 완벽하게 설명할 수 없거나 당시의 문제가 무엇인지 알 수 없는 것 같다. 그래서 코펜하겐 학파의 창시자 중 한 명인 볼은 베타 붕괴 과정에서 에너지 보존 법칙이 준수되지 않을 것이며 과학계에서 철율로 추앙되는 이 법칙도 전복될 위험이 있다고 생각한다.

이후 1930 년대에 열린 국제 핵물리학 회의에서 많은 물리학 분야의 최고 학자들이 이 문제에 대해 격렬한 토론을 벌였다. 볼의 견해에 찬성하는 사람들은 질량과 에너지 보존 법칙이 옳지 않아 물리학 분야의 초석을 다시 세워야 한다는 견해를 가지고 있다. 그들 중 일부는 다른 견해를 가지고 있습니다. 예를 들어, Pauli 는 베타 붕괴 과정에서 에너지 손실이 중성자가 붕괴 과정에서 양성자와 전자를 생성하면서 더 작은 중성 입자를 생산했기 때문이라고 믿습니다. 이 입자의 특수성 때문에, 이 작은 중성입자가 에너지의 작은 부분을 가져갔고, 아인슈타인의 에너지 보존 법칙은 여전히 옳았고, 이 부분의 에너지는 실험을 통과했다.

그런 다음 페르미는 파울리의 관점과 상대론 양자역학의 이론에 따라 디락 방사선의 생성과 인멸을 통해 페르미자 수명 공식과 그 쇠퇴의 연속 스펙트럼 공식을 추론해 베타 쇠퇴의 과정과 법칙을 더 자세히 설명했다. 페르미의 결론에 따르면, 과학자들은 에너지 손실을 일으키는 이 특수한 미시 입자가 중성자가 쇠퇴한 후 항상 양성자와 전자를 동시에 생성한다는 것을 깨닫게 되었습니다. 나중에 과학자들은 원자의 반동 에너지를 측정하기 위해 K 감금 원자의 반동 측정 실험인 실험방법을 사용하여 중성미자의 존재를 간접적으로 증명했다.

중성미자의 신비한 중성미자는 원자의 다른 기본 성분과 다르다. 과학자들이 원자의 기본 구조를 발견한 지 오래지 않아 간접적으로 관찰할 수 있을 정도로 신비로운 특성이 많기 때문이다. (윌리엄 셰익스피어, 템페스트, 과학명언) 중성미자의 신비한 특징은 주로 다음과 같습니다.

첫째로, 그것은 어떤 물질과도 거의 반응하지 않는다. 우주의 네 가지 기본력 (중력, 전자기력, 강핵력, 약핵력) 중, 플루토늄 붕괴 과정에서 자연적으로 유발되는 약력을 제외하고는 중성미자는 기본적으로 다른 세 가지 힘의 작용 과정에 참여하지 않는다. 중력에 관해서는 과학계가 중성미자의 정적 질량에 대해 통일되고 명확한 결론을 내리지 못했기 때문에 질량으로 인한 중력 효과는 매우 작으며 전자기력과 강핵력 중성미자는 전혀 참여하지 않을 것이다. 이 두 가지 힘은 우리의 일상생활과 미시 입자 실험에서 가장 흔히 볼 수 있는 힘이며, 중성미자는 그에 반응하지 않기 때문에 자유도가 매우 높아서 붙잡히기가 매우 어렵다.

두 번째는 관통력이 강하다는 것이다. 이 특성은 그것의 높은 자유도에 기반을 두고 있으며, 우리의 관측 수단으로 감지할 수 있는 전자기력에 관여하지 않는다. 우리가 육안으로든 감시기기로 검사하든, 그 원리는 모두 전자기력으로 귀결될 수 있다. 한편, 중성미자는 미세한 입자들 사이의 강한 핵력에 관여하지 않으며, 어떤 강한 핵력과 전자기력의 방해도 받지 않기 때문에 원자와 아원자로 구성된 거시적 물체와 미시 환경을 쉽게 통과할 수 있다. 그래서 중성미자가 우리 몸, 지구, 심지어 더 큰 질량의 별을 관통하는 것은 문제가 되지 않습니다.

셋째, 품질 분쟁. 물리학의 표준 모델에 따르면 힉스 메커니즘을 통해 입자의 질량을 도출할 수 있지만 중성미자는 1/2 스핀밖에 없으므로 질량은 커플링을 통해 얻을 수 없으므로 이론적으로 질량은 0 입니다. 그러나 과학자들은 실험을 통해 중성미자가 진동하는 것을 감지했다. 즉, 한 지역에서 생성된 전기 중성미자는 다른 영역에서 다른 μ 중성미자나 τ 중성미자로 변환될 수 있으며, 미시입자의' 진동' 은 정지 질량에 대한 측정이다. 이러한 품질의 획득은 기존의 미시 입자 표준 모델 이외의 다른 신성 메커니즘을 돌파한 것이 분명하다. 현재 과학자들은 이것에 대해 심도 있는 연구와 논증을 진행하고 있다.

넷째, 빛의 속도에 가깝다. 중성미자는 부피가 작고 관통력이 강하며, 기본적으로 다른 힘에 관여하지 않으며, 속도도 매우 높다. 이전의 중성미자 진동 실험에 따르면 그 질량은 매우 작아야 하기 때문에 그 운동 속도는 빛의 속도에 도달하지 못하지만 이미 빛의 속도에 매우 가깝기 때문에 직접적인 모니터링에 큰 도전이 되고 있다.

결론적으로 중성미자는 세계에서 가장 종잡을 수 없는 기본 입자이다. 그들은 자취를 감추고, 고도로 자유롭고, 관통력이 매우 강하여 과학자들이 직접 관찰하기가 매우 어려워졌다. 중성미자 진동의 존재가 입증된 후, 그 질량이 형성하는 심층적인 원리와 메커니즘에 대한 연구가 점점 더 깊어져 앞으로 미시세계의 운동 법칙을 더 전면적으로 이해할 수 있게 될 것이며, 이를 바탕으로 거시우주의 더 많은 신비를 파악할 수 있는 더 많은 이론적 근거를 제공할 것이다.

유령 입자는 실제로 중성미자입니다. 왜 유령 입자라고 부르는지에 관해서는, 그것은 단지 유령처럼 잡히기 어렵기 때문이다. (아리스토텔레스, 니코마코스 윤리학, 지혜명언) 중성미자는 현재 알려진 모든 기본 입자 중에서 가장 탐지하기 어렵다고 할 수 있다. 물론, 우주에서, 우리가 현재 감지할 수 없는 입자들이 있다. 예를 들면 중성미자보다 조금 느린 암흑 물질 입자와 같이, 우리는 이를 냉암흑물질이라고 부른다.

암흑물질 입자는 중성미자보다 더 신비롭다. 우리 몸은 중성미자와 암흑물질 입자에 민감하지 않지만, 실제로는 우리 주위의 공간으로 가득 차 있으며, 매초마다 수조 개의 중성미자와 암흑물질 입자가 우리 몸을 관통한다.

중성미자를 어떻게 찾을 수 있을까요? 첫째, 중성미자를 찾을 수는 있지만 암흑물질 입자는 발견할 수 없다. 중성미자는 우주 초기에 대량으로 보존될 뿐만 아니라 우주에서 두 번째로 풍부한 입자로 광자 다음으로 중성미자가 핵반응의 부산물이기 때문이다. 하지만 우리는 암흑 물질 입자가 초기 우주에서 생겨났다는 것만 알고 있지만, 현재는 어떤 형태의 반응에도 참여하지 않기 때문에 암흑 물질 입자를 감지할 수 없습니다.

이제 중성미자로 돌아가 봅시다. 이 입자들의 발견은 우리 인류가 소규모나 핵반응에 대한 발견과 연구 덕분이다. 그 전에, 우리는 우주에서 보존의 기본 법칙은 질량 보존이라고 생각한다. 왜냐하면 사람들은 어떤 화학반응이나 물리작용이든, 즉, 어떤 물체를 어떤 화학변화를 겪든, 또는 물리적 수단으로 그것을 어떤 성질로 만들든, 반응 전 물질의 총 질량은 항상 반응 후 산물의 총 질량과 같다는 것을 발견하기 때문이다.

위의 생각은 우리가 중학교 때 화학 방정식을 쓰는 원칙이다. 즉, 물체의 질량은 변하지 않을 것이다. 그러나 사람들의 연구 척도가 원자 수준에서 핵으로, 에너지 형식이 화학반응에서 핵반응으로 이동했을 때, 질량보존이라는 판정에 문제가 있음을 발견했다. 자연계에 비교적 무거운 원자핵이 있기 때문에 일반적으로 납보다 무거운 원소는 쇠퇴하고, 붕괴는 알파 입자 (헬륨핵) 나 베타 입자 (단전자) 를 비교적 가벼운 원소로 변환하는 것이다.

이런 신기한 반응은 물질적 품질의 뚜렷한 손실을 초래할 수 있으며, 이것이 질량보존법칙을 위반하는지 의문이다. 아인슈타인이 특수 상대성론 방정식을 통해 유명한 E = MC 2 를 도출했을 때, 질량은 실제로 에너지의 실현 형태라는 것을 깨달았고, 원자핵에 핵반응이 발생한 후, 일부 질량이 에너지 형식으로 소산되어 산물의 질량도 잃었다는 사실이 밝혀졌다. 그러나, 이전의 화학반응에서 질량 손실이 발견되지 않았다. 소산된 에너지가 너무 작아서 무시할 수도 있기 때문이다.

이 시점에서 수천 년 동안 유지된 질량 보존 정리는 에너지 보존으로 다시 쓰여졌다. 즉, 폐쇄된 시스템에서 물질이 어떤 변화가 발생하더라도 에너지는 결코 허공에서 사라지지 않는다. 사람들이 방사성 원자의 플루토늄 쇠퇴를 자세히 측정할 때 또 문제가 발견되었다. 이번에, 많은 과학자들은 화가 났고, 심지어 어떤 사람들은 에너지 보존이라는 철률을 포기하고 싶어한다.

방사성 원소인 플루토늄이 쇠퇴한 후에도 반응 전후의 총 에너지를 측정함으로써 에너지 손실의 작은 부분이 여전히 발견되지만, 이 손실은 무시할 수 없다. 당시 사람들은 베타 붕괴 과정에서 어떤 입자가 생겨났는지 아직 파악하지 못했다. 그래서 당시 과학의 다니엘 볼조차도 에너지 보존이 틀릴 수도 있다고 의심하기 시작했다.

이 상황은 사실 두 가지 선택밖에 없다. 몇 세기 동안 견지해 온 철과 같은 법칙을 완전히 포기하거나, 반응에서 우리가 알지 못하고 현재 감지할 수 없는 입자를 만들어 내고, 생산될 때 에너지의 일부를 가져가야 한다. 물리학자 파울리는 후자를 선택했다. 우주에서는 에너지 보존 외에도 전하 보존이 있으며, 반응 전후에 전하의 변화가 발견되지 않았다. 그래서 파울리는 이 새로운 입자가 전하가 없는 중성입자라고 생각했고, 질량이 작기 때문에 중성미자라고 불렸고, 나중에는 중성미자로 이름이 바뀌었습니다.

1950 년, 미국 물리학자 코인과 레인스 등이 수소핵을 통해 원자로에서 생성된 반중성미자, 즉 양성자를 사로잡아 중성미자의 존재를 성공적으로 증명하고 반베타 붕괴가 발생했다. 1995 로 노벨 물리학상을 받았습니다. 중성미자는 이미 발견되었지만, 그들의 품질은 지금까지 과학자들을 괴롭혔다.

그럼 왜 중성미자가 그렇게 탐지하기 힘들까요? 중성미자는 주로 다음과 같은 측면에서 감지하기가 어렵습니다.

첫째, 전자기 상호 작용에 참여하지 않는 것이 주된 이유입니다. 자연계에는 네 가지 기본력 (전자기력, 중력, 강핵력, 약핵력) 이 있는데, 그 중 전자기 상호 작용력과 중력은 생명에서 가장 직관적이고, 가장 멀고, 가장 광범위한 힘이며, 우리가 현재 장악하고 있는 탐사 수단은 기본적으로 전자기력에 집중되어 있다. 중성미자는 전하가 없기 때문에 전자기 상호 작용이 없기 때문에 중성미자는 어떤 물질 원자도 쉽게 관통할 수 있다.

다른 하나는 중성미자의 질량이 매우 낮고 부피가 작다는 것이다. 중성미자는 전자와 마찬가지로 경자에 속하지만 질량은 전자보다 훨씬 낮고 반응 단면은 작기 때문에 원자핵이나 어떤 입자와도 충돌할 확률이 낮다. 즉 중성미자는 약한 상호 작용에 거의 참여하지 않는다. 그래서 그것의 침투 능력은 매우 강하여, 5 광년 납덩이가 가까스로 중성미자를 막을 수 있다.

마지막은 중성미자의 질량이다. 표준 모델은 중성미자의 질량이 없다고 예측하지만, 태양 중성미자를 관측할 때 캡처된 중성미자가 총 예측의 1/3 이라는 것을 알게 되었는데, 이는 중성미자의 상당 부분이 사라졌음을 시사한다. 이것은 유명한 태양 중성미자 문제이며, 나중에 인류는 중성미자가 사라지지 않았다는 것을 깨달았다. 하지만 중성미자도 세 가지 맛 (전자 중성미자, μ 중성미자, τ 중성미자) 을 가지고 있어 약한 상호 작용을 통해 상호 작용할 수 있다. 이것은 중성미자가 질량이 있다는 것을 보여준다. 즉, 우리가 흔히 말하는 중성미자 진동은 중성미자 사이의 전환을 가리킨다.

이것들은 중성미자의 성질과 그들이 발견하기 어려운 이유들이다.