中微子通信真神奇

華興恒

中微子，是組成自然界的最基本粒子之一。它個頭小，不帶電，與其他物質的相互作用十分微弱，號稱宇宙里的“隱身人”。

那么，中微子是如何被發(fā)現的呢？

19世紀末20世紀初，科學家在研究物質的β衰變時，發(fā)現了一個非常奇怪的現象：β射線能譜是連續(xù)譜，且物質發(fā)生β衰變后，總能量減少了。這個現象有悖于能量守恒定律。

進一步研究后，奧地利物理學家泡利于1930年提出假說：在β衰變過程中，除了電子，還有一種靜止質量為零、與物質的相互作用極弱以至于極難被探測到的新粒子被放射出去，這種新粒子帶走一部分能量，導致出現了能量虧損。1931年，在一場國際核物理會議上，泡利將這種新粒子命名為“中微子”。1933年，美籍意大利裔物理學家費米提出β衰變的定量理論，進一步完善了泡利的假說，解開了β能譜連續(xù)之謎。

然而，探索中微子存在的蹤跡并不是一帆風順的。直到1956年，美國物理學家萊因斯和柯萬才在實驗中直接觀測到中微子。

從中微子假說的提出到這種粒子真正被發(fā)現，經歷了近30年，可見其“芳蹤”難覓。

實驗顯示，中微子質量很小，有的小于電子質量的百萬分之一。它們充滿了宇宙空間，能自由地穿過人體、墻壁、山脈甚至地球，數量密度高達100個/立方厘米，每秒有1000萬億個來自太陽的中微子穿過人們的身體。正因為如此，探究中微子很有意義。

目前，隨著科學家研究的不斷深入，人們已經了解了中微子的許多特性：能以接近光速的速度運動；具有極強的穿透力；總是沿著直線傳播，既沒反射、折射現象，也沒散射現象；在傳播過程中，能量損失很少……由于中微子有這些神奇的特性，中微子通信的構想和技術應運而生。

中微子通信是一種采用中微子運載信息的通信方式。中微子通信過程與微波通信過程相仿，也需要發(fā)射裝置與接收裝置。在發(fā)射端，人們對中微子束進行調制，使載有信息的中微子束沿著一定方向射向目標。它到了接收端后，人們接收它，然后把它所攜帶的信息解調出來。

中微子通信最突出的優(yōu)點是，它可以沖破地下和水下兩大禁區(qū)，實現全球無線電通信。由于中微子具有穿透地球的奇特“本領”，人們可以利用它進行地球上任意兩點間的通信。中微子通信的突出優(yōu)點還表現在，它或許能實現地球與其他星球的星際通信。

如今，科學家已經在實驗室中實現了中微子通信，但是要實際應用仍然困難重重。如，中微子與物質的相互作用非常微弱，人們很難引導中微子束沿著預定路徑傳播；往中微子束里編碼信息很困難；科學家可以通過放射性衰變等方式制造中微子，制造它們并不困難，但是要注意做到不危害人類和環(huán)境……

不過，有困難，就有努力的動力，全世界科學家一直在努力。我們完全有理由相信，隨著科學技術的迅速發(fā)展，人們對中微子的研究將更加深入，它們有望在未來的陸、海、空通信以及星際通信方面“大顯身手”。

除了通信，中微子的應用前景很廣闊。如，人們能利用中微子束做地層CTT，也就是用高能中微子束定向照射地層，一層一層地掃描地球，從而實現對地球內部的勘探。這不僅有利于人們了解地球內部構造，而且為探測地下礦藏鋪路。