中微子，神奇大案探測“眼”

地球是我們?nèi)祟愘囈陨娴募覉@，但是到目前為止，人類也沒有完全了解這顆綠色星球。比如，地球的內(nèi)部是什么樣的？位于地球內(nèi)部的物質(zhì)都在進(jìn)行一些什么反應(yīng)？發(fā)生一些什么樣的變化？這些變化是如何影響地球的？這一系列的問題困擾了一代又一代的科學(xué)家。現(xiàn)在，來自地球內(nèi)部的中微子為人們張開了一雙探測地球內(nèi)部的眼睛。

中微子，宇宙中的信使

中微子是基本粒子的一種，它有一種奇特的性質(zhì)，那就是與其他物質(zhì)幾乎不發(fā)生任何反應(yīng)，而且穿透力極強(qiáng)，任何物質(zhì)都很難阻擋它。大批中微子不論碰上什么東西，都可以輕易地一穿而過還不受任何影響。它們成千上萬次地穿透我們的身體，我們也毫無感覺，而且也拿它們毫無辦法。它們這個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)使得檢測中微子的工作變得異常艱難，科學(xué)家們直到1956年才證實(shí)了它們的存在。

宇宙到處充斥著中微子。大多數(shù)粒子和核物理反應(yīng)都有中微子產(chǎn)生，如太陽等恒星的熱核反應(yīng)、粒子和原子核衰變、核反應(yīng)堆、超新星爆發(fā)、宇宙線中的質(zhì)子在大氣層產(chǎn)生的簇射等。

與光信號和電磁信號不同，中微子由于相互作用非常微弱，在星體內(nèi)部一經(jīng)產(chǎn)生，便不受遮攔地傳播出來，且不受宇宙中磁場的影響，因此中微子帶有“純正”的星體內(nèi)部的一手信息。這些中微子像大量充斥在宇宙空間中的信使一樣，給我們地球人捎來了宇宙各處的“書信”。

尋找地球內(nèi)的中微子

中微子是直接從星球內(nèi)部跑出來的，它們帶給人們的是星球內(nèi)部原始而寶貴的信息。這一點(diǎn)給了地球物理學(xué)家很大的啟發(fā)，因?yàn)榈貧ず偷睾酥蟹派湫栽卦谒プ冞^程中也會(huì)產(chǎn)生中微子。如果能夠檢測到地球內(nèi)部中微子的第一手資料將對地球的研究有很大幫助。

盡管理論上這樣的可能性非常大，但是，因?yàn)橹形⒆訖z測本身就非常困難，而且地球表面充斥著為數(shù)眾多的中微子，所以檢測來自地球內(nèi)部的中微子還真不是一件容易的事情。

位于日本神岡1000米深礦井下的中微子探測器，從2003年開始檢測來自地球內(nèi)部的中微子。它的工作原理是：一個(gè)巨大的圓柱形水槽中注入3000噸純水，當(dāng)中微子穿越純水時(shí)，很可能與水中的氫和氧原子核發(fā)生反應(yīng)，并同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電子，這個(gè)電子可引起微弱的閃光，經(jīng)過光電倍增管的放大后，探測這種極其微弱的閃光，就可證實(shí)中微子的存在。

功夫不負(fù)有心人。經(jīng)歷了整整兩年的時(shí)間，在觀測到的152個(gè)記錄中，終于有一個(gè)中微子被認(rèn)為來自地球內(nèi)部，它是鈾及釷等重元素發(fā)生核裂變時(shí)產(chǎn)生的反電子中微子。其他大多數(shù)都是來地球溜達(dá)游玩的外來物，對于研究地球內(nèi)部沒有參考價(jià)值。

雖然只找到一個(gè)中微子，但這一發(fā)現(xiàn)結(jié)束了過去無法檢測地球中微子的歷史，也再一次燃起了科學(xué)家探測地球內(nèi)部的希望。

探測地球內(nèi)部的慧眼

科學(xué)家斷定，他們所觀察到的中微子是由鈾-238或釷-232所發(fā)射出來的，這兩種元素是地球誕生初期時(shí)最古老的元素。所以研究人員認(rèn)為，地球內(nèi)部的熱量一部分可能是地球誕生初期所遺留至今的能量，另一部分是由放射性元素衰變所放出的熱量。

科學(xué)家還可以根據(jù)這些資料來推算地球內(nèi)部需要多久時(shí)間才會(huì)冷卻。

中微子的運(yùn)動(dòng)方式（如振蕩）還提供了一種新的地質(zhì)觀測手段。測量這些來自地球深處的中微子振蕩的效應(yīng)，以此計(jì)算地核的熱核反應(yīng)及內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，這一信息將有助于人們了解地球的形成、構(gòu)造以及地?zé)岬漠a(chǎn)生。這比檢測和分析地震波這樣的間接信息更為有力，也更為直接，因?yàn)檫@樣獲取的地球信息是直接從其內(nèi)部產(chǎn)生的。

中微子為人類觀測地球開啟了一扇新的“窗戶”，隨著對中微子研究的深入，人們認(rèn)識地球的方式也許會(huì)因此而改變。我們相信，隨著中微子檢測技術(shù)的日趨成熟，人類對包括地球在內(nèi)的宇宙會(huì)有更好的理解。