第645章 中微子天文学
“在那个年代，探测到任何太空中微子本身就是一个伟大的胜利，而戴维斯探测器的成功开创了宇宙研究的一个新分支——中微子天文学。
迄今中微子天文学的大多数研究涉及的是太阳中微子。
太阳内部产生的大量中微子洪水般漫过地球并穿透地球球体。
中微子对普通物质的存在简直不屑一顾。”
虚妄看着他们说道。
“怎么说？”
四号问道。
“如果一束像太阳内部产生的那种中微子穿过厚度为1000秒差距的实心铅板，也只有一半会被沿途遇到的铅原子核俘获。”
虚妄说道。
“为什么？”
四号问道。
“由于中微子如此不愿意同其他形态物质，包括探测器相互作用，所以仪器必须十分灵敏。
但灵敏的仪器必须屏蔽起来以避免其他粒子如宇宙线的干扰。
所以，中微子望远镜都放在深矿井或山底隧道中，利用它上面的密实岩层挡住讨厌的粒子。”
虚妄说道。
“那中微子望远镜在其他方面和传统望远镜有什么不一样？”
四号问道。
“你们要知道，像利克天文台120英寸反射望远镜那样的仪器，其重要部件不是支撑镜面的重达50吨上下的钢铁构架。
真正重要的只是一点点与光子发生实际相互作用的物质，也就是镜面上的薄薄一层闪闪发亮的铝膜。
这层以正确方式安放在高山之巅的总量仅仅1立方厘米的铝，就是你研究天体光线所需要的全部。”
虚妄说道。
“你还有没有说的，虽然120英寸望远镜的反射镜表面只镀有1立方厘米的铝，但装载戴维斯探测器工作物质的那个惊人巨大的钢制容器。
这个容器和奥林匹克运动会的游泳赛池一样大，这个容器的内表面则镀有超过40万升的全氯乙烯。
要想研究中微子，就需要把这整个工作表面正确安放在大山之下或深矿井之中。”
五号补充道。
“然后呢？”
楚云问道。
“没有任何在然后就是1960年代末之后，戴维斯探测器实际记录的太阳中微子与容器中的氯原子相互作用事件，平均起来大约是每两天一次。
这一记数率是这类仪器正常运转时的典型值。
它相当于研究特定类星体的光学天文学家每两天只能看到一个光子。”
五号说道。
“后来发生了什么？”
楚云继续问道。
“戴维斯探测器获得成功后，其他专用于中微子天文学研究的探测器接踵而来，其中有些使用镓作为工作物质。
此外，为其他研究目的设计的粒子探测器也被证明可记录来自太空的中微子。”
五号说道。
“比如鬼子的神冈中微子探测实验，那样的探测器本来是为探查质子的放射衰变产生的中微子。
这种衰变从未观测到，但该探测器的灵敏度使它得以探查出与容器中水分子的电子相互作用的宇宙中微子。”
虚妄说道。
“如果我记得没有错的话，其他给过的都是根据电子散射效应设计的探测器。”
李思特说道。
“你忘记了，各种新型的探测器在整个地球，他们度在努力的建造。”
四号说道。
“不说这些，我知道就太阳中微子而言，由于不同的探测器工作在不同的能段，开始时情况有点混乱。”
五号看着他们说道。
“为什么？”
四号问道。
“一开始，科学家们不清楚不同的探测器是否彼此相符，但在运转了几年以后，对于到达我们这里的太阳中微子数量和类型的看法已经比较一致了。
但这仍然和理论家的预言不完全相符，尽管差异已不像戴维斯探测器最初表明的那样大。
然而，往往强调得不够的是，即使考虑到现有的不确定性和观测与理论之间可能的小差异，太阳中微子的观测结果总的说来与理论预言是符合的。”
五号说道。
“五号你要知道，我们这里谈的不是那些要求全面重建理论模型的观测，而是可能提出对理论进行小改动，比如微调的细微差别。”
虚妄提醒道。
“怎么说？”
楚云问道。
“比如，基本图像是与太阳核心部分约开氏1500万度温度下，提供能量以使太阳发光的那些核聚变反应相符合的。
这是理论和实验的双重伟大胜利。
然而，中微子天文学真正成熟的标志，是世界上的好几具探测器记录了与超新星1987a爆发有关的中微子脉冲。”
五号说道。
“这颗超新星有什么影响吗？”
楚云问道。
“这颗超新星是1987年2月23日在地球上通过可见光观测发现的，但那天看到的光是产生该超新星的恒星爆发时从大麦哲伦云出发。
在太空已经旅行了16万多年才抵达我们这里。”
五号说道。
“然后呢？”
李思特问道。
“然后，针对这一想象，科学家们对当时正在运转的世界各地中微子探测器的记录进行分析后，证明有一个中微子脉冲正好早于超新星的光到达地球。
对这一现象的解释是，来自那颗临死恒星的中微子产生于星体核心部分坍缩之时，这大概是坍缩释放的能量能够炸开恒星外层并发出眩目的可见光之前3小时。
只要中微子探测器在合适时间运转，它们就能预报超新星的爆发。”
五号说道。
“不过中微子探测器因为不具备方向性，所以无法告诉光学天文学家应该把他们的望远镜指向何方。”
虚妄说道。
“为什么？”
楚云问道。
“由于探测器计数率很低以及需要观测相当长一段时间才可能有所收获，中微子望远镜通常是每次连续运转几天，然后再分析相关数据。
但发现那颗超新星后，这种常规工作模式被打破，马上对前一天的数据进行了分析。
只有两个探测器当时正好按照工作时间表运行，而且它们的灵敏度足以检测那颗超新星的中微子。”
五号问道。
“然后，神冈中微子探测实验研究组在13秒钟内探查到一群共11次中微子事件，不过其中大多数出现在头一秒钟。
俄亥俄州克利夫兰附近一具类似探测器，在6秒钟内探查到8次事件。
如此多的中微子在几秒钟内到达这一事实，对中微子的质量施加了严格的限制。”
虚妄提醒道。
“怎么说？”
李思特问道。
迄今中微子天文学的大多数研究涉及的是太阳中微子。
太阳内部产生的大量中微子洪水般漫过地球并穿透地球球体。
中微子对普通物质的存在简直不屑一顾。”
虚妄看着他们说道。
“怎么说？”
四号问道。
“如果一束像太阳内部产生的那种中微子穿过厚度为1000秒差距的实心铅板，也只有一半会被沿途遇到的铅原子核俘获。”
虚妄说道。
“为什么？”
四号问道。
“由于中微子如此不愿意同其他形态物质，包括探测器相互作用，所以仪器必须十分灵敏。
但灵敏的仪器必须屏蔽起来以避免其他粒子如宇宙线的干扰。
所以，中微子望远镜都放在深矿井或山底隧道中，利用它上面的密实岩层挡住讨厌的粒子。”
虚妄说道。
“那中微子望远镜在其他方面和传统望远镜有什么不一样？”
四号问道。
“你们要知道，像利克天文台120英寸反射望远镜那样的仪器，其重要部件不是支撑镜面的重达50吨上下的钢铁构架。
真正重要的只是一点点与光子发生实际相互作用的物质，也就是镜面上的薄薄一层闪闪发亮的铝膜。
这层以正确方式安放在高山之巅的总量仅仅1立方厘米的铝，就是你研究天体光线所需要的全部。”
虚妄说道。
“你还有没有说的，虽然120英寸望远镜的反射镜表面只镀有1立方厘米的铝，但装载戴维斯探测器工作物质的那个惊人巨大的钢制容器。
这个容器和奥林匹克运动会的游泳赛池一样大，这个容器的内表面则镀有超过40万升的全氯乙烯。
要想研究中微子，就需要把这整个工作表面正确安放在大山之下或深矿井之中。”
五号补充道。
“然后呢？”
楚云问道。
“没有任何在然后就是1960年代末之后，戴维斯探测器实际记录的太阳中微子与容器中的氯原子相互作用事件，平均起来大约是每两天一次。
这一记数率是这类仪器正常运转时的典型值。
它相当于研究特定类星体的光学天文学家每两天只能看到一个光子。”
五号说道。
“后来发生了什么？”
楚云继续问道。
“戴维斯探测器获得成功后，其他专用于中微子天文学研究的探测器接踵而来，其中有些使用镓作为工作物质。
此外，为其他研究目的设计的粒子探测器也被证明可记录来自太空的中微子。”
五号说道。
“比如鬼子的神冈中微子探测实验，那样的探测器本来是为探查质子的放射衰变产生的中微子。
这种衰变从未观测到，但该探测器的灵敏度使它得以探查出与容器中水分子的电子相互作用的宇宙中微子。”
虚妄说道。
“如果我记得没有错的话，其他给过的都是根据电子散射效应设计的探测器。”
李思特说道。
“你忘记了，各种新型的探测器在整个地球，他们度在努力的建造。”
四号说道。
“不说这些，我知道就太阳中微子而言，由于不同的探测器工作在不同的能段，开始时情况有点混乱。”
五号看着他们说道。
“为什么？”
四号问道。
“一开始，科学家们不清楚不同的探测器是否彼此相符，但在运转了几年以后，对于到达我们这里的太阳中微子数量和类型的看法已经比较一致了。
但这仍然和理论家的预言不完全相符，尽管差异已不像戴维斯探测器最初表明的那样大。
然而，往往强调得不够的是，即使考虑到现有的不确定性和观测与理论之间可能的小差异，太阳中微子的观测结果总的说来与理论预言是符合的。”
五号说道。
“五号你要知道，我们这里谈的不是那些要求全面重建理论模型的观测，而是可能提出对理论进行小改动，比如微调的细微差别。”
虚妄提醒道。
“怎么说？”
楚云问道。
“比如，基本图像是与太阳核心部分约开氏1500万度温度下，提供能量以使太阳发光的那些核聚变反应相符合的。
这是理论和实验的双重伟大胜利。
然而，中微子天文学真正成熟的标志，是世界上的好几具探测器记录了与超新星1987a爆发有关的中微子脉冲。”
五号说道。
“这颗超新星有什么影响吗？”
楚云问道。
“这颗超新星是1987年2月23日在地球上通过可见光观测发现的，但那天看到的光是产生该超新星的恒星爆发时从大麦哲伦云出发。
在太空已经旅行了16万多年才抵达我们这里。”
五号说道。
“然后呢？”
李思特问道。
“然后，针对这一想象，科学家们对当时正在运转的世界各地中微子探测器的记录进行分析后，证明有一个中微子脉冲正好早于超新星的光到达地球。
对这一现象的解释是，来自那颗临死恒星的中微子产生于星体核心部分坍缩之时，这大概是坍缩释放的能量能够炸开恒星外层并发出眩目的可见光之前3小时。
只要中微子探测器在合适时间运转，它们就能预报超新星的爆发。”
五号说道。
“不过中微子探测器因为不具备方向性，所以无法告诉光学天文学家应该把他们的望远镜指向何方。”
虚妄说道。
“为什么？”
楚云问道。
“由于探测器计数率很低以及需要观测相当长一段时间才可能有所收获，中微子望远镜通常是每次连续运转几天，然后再分析相关数据。
但发现那颗超新星后，这种常规工作模式被打破，马上对前一天的数据进行了分析。
只有两个探测器当时正好按照工作时间表运行，而且它们的灵敏度足以检测那颗超新星的中微子。”
五号问道。
“然后，神冈中微子探测实验研究组在13秒钟内探查到一群共11次中微子事件，不过其中大多数出现在头一秒钟。
俄亥俄州克利夫兰附近一具类似探测器，在6秒钟内探查到8次事件。
如此多的中微子在几秒钟内到达这一事实，对中微子的质量施加了严格的限制。”
虚妄提醒道。
“怎么说？”
李思特问道。