那些比光還快的中微子

　　9月23日，法國里昂核物理研究所，達里奧·奧蒂耶羅的研究小組表示，日內瓦CERN一臺粒子加速器發射的中微子，以超過光速的速度抵達意大利Gran Sasso的一個地下實驗室，二者之間的距離為454英里（約合730公里）。計算結果顯示，中微子的速度比光快60納秒（1納秒等于10億分之一秒）。而1905年，愛因斯坦的相對論將光速定為宇宙速度極限，這也是現代物理學的基石。
　　
　　Q：中微子究竟是什么？
　　A：1930年，物理學家泡利假設了一種新的看不見的粒子，并稱其為中微子，目的是假設某些放射性實驗中似乎破壞了物質和能量守恒的消失的那部分能量。然而，中微子與物質的相互作用非常微弱，難以觀察到。假如我們能造一個巨大的鉛塊，將它從太陽系拉伸幾光年到半人馬座α，把它放在中微子束的行進路線上，一些中微子仍能從另一端穿出來。因此，神秘的中微子無時無刻不在穿過地球，穿過建筑物，包括我們的身體，但由于它們只參與弱作用力，并不會造成傷害。
　　泡利也因為預測中微子而獲得了1945年的諾貝爾獎。
　　
　　Q：有沒有什么物質由很多中微子組成？
　　A：沒有物質只包含中微子，但每種物質都離不開中微子。過去我們知道物質由質子、中子和電子構成，但量子力學對它們做了細化：12種夸克和輕子（統稱費米子）以及4種代表作用力的玻色子。在輕子中，包括電子、μ子（讀“miu”）和τ子（讀“tao”）和相應的電子中微子、μ子中微子和τ子中微子。
　　Q：既然中微子那么隱秘，我們又如何知道它們存在？
　　A：中微子雖然極少與物質接觸，但每隔一段時間，總要與原子發生碰撞，產生使人們可以觀察到的信號。1956年弗雷德里克·萊因斯首次檢測到中微子，為此他獲得了1995年的諾貝爾物理學獎。
　　1987年，當一顆超新星照亮南半球天空時，物理學家們注意到一串突然襲來的中微子穿過了他們深埋在礦井中的探測器。這是中微子探測器首次用于進行重要的天文學測量。
　　最常見的情況是，實驗中使用大量的水或油。一旦中微子與那些水分子或油分子的電子或原子核相互作用，會發出傳感器可以檢測到的閃光。
　　
　　Q：這些實驗都在哪些地方進行？
　　A：為避免干擾，中微子監測器總是位于地面以下。OPERA探測器就設立在意大利Gran Sasso的山區，用于接收從CERN發射的高能粒子束。
　　另外，地中海深處數英里的位置有一個ANTARES探測器，南極洲的冰川下埋藏著一個“冰立方”探測器。這兩個探測器接收的是自然界中的中3YL2LpRm1ygFgOVjYyuCDmpHt1lsDsqYdpHzQZkeHl4=微子。
　　
　　Q：這次OPERA的實驗是怎樣進行的？
　　A：整個實驗從CERN一座建筑內的一罐氫氣開始。來自這個罐子的氫原子被剝離電子，成為裸質子，而后借助一系列粒子加速器加速，最近進入大型強子對撞機的主環。在OPERA實驗中，高能質子以10微秒脈沖的形式轟擊一個石墨標靶，產生高能介子。介子隨后衰變成中微子，中微子朝著Gran Sasso的方向消失在地球中。最后，抵達Gran Sasso實驗室的中微子穿過鉛塊和感光膠片。整個過程都有非常精確的GPS定位及定時測量。所以實驗團隊知道中微子傳播的距離，以及中微子花了多長的時間在路上，因此可以測量速度。
　　
　　Q：中微子真的跑得比光還快嗎？
　　A：研究成果發布后，OPERA項目的一些資深成員私下認為這個結果還比較初級，并拒絕署名。目前CERN將組織研討會，可能會公布實驗細節，并希望同行對實驗結果進行檢驗。因此，現在還不能說，中微子的速度就一定超光速。值得一提的是，有科學家猜測，中微子或許是走了“高維”的捷徑（如蟲洞），因此顛覆了四維世界的物理理論。
　　
　　Q：中微子還有什么特別的地方呢？
　　A：大多數粒子都有兩種：順時針旋轉的和逆時針旋轉的。而中微子是唯一只會逆時針旋轉的微粒，也就是說，它沒有通常意義的反粒子。有些理論物理學家認為，這足以證明額外維度的存在，高維空間才能夠保存那些“失蹤的”右旋中微子。
　　或許，看不見的右旋中微子還可以解釋暗物質的存在。我們知道，暗物質占宇宙物質的80%。一種觀點認為是暗物質將星系聚在一起，防止彼此離散。而右旋中微子可能比左旋中微子重得多，因此可以提供必要的引力。
　　
　　Q：有沒有什么涉及中微子的實際用途？
　　A：中微子在各種核反應過程中產生，也就是說，科學家將可能通過探測中微子來獲悉一些秘密核試驗或反應堆。另外一些科學家則夢想使用中微子作為一種新型通信系統的基礎，使郵件可以傳遞到世界另一端，無須使用電線、電纜或衛星。