神秘粒子有妙用

本文转自：解放军报

神秘粒子有妙用

■李振举 赵辉

位于地下700米的江门中微子实验探测器呈现巨大的球形结构。 新华社图片

近日，著名学术期刊《自然》杂志发表了一篇预测2024年研究重点的文章，其中，中微子相关研究被寄予厚望。中微子是粒子物理标准模型中最神秘的粒子。专家预测，2024年，科学家有可能确定中微子的质量，在该项研究中迈出关键性一步。

中微子是如此神秘，那么研究中微子对我们的生产生活有什么用呢？

一是描绘宇宙图景，开启宇宙观测新时代。中微子作为唯一能直接观察“宇宙高炉”内部的“眼睛”，携带着可寻找宇宙诞生奥秘的线索。科学家研究认为，超新星爆发时会释放出巨大的能量，其中99%的能量将会以中微子的形式释放到太空中。而后在太空中以光速飞行，且不带电不会受到磁力影响。通过捕捉这些中微子，可以推测在特定时期发生的超新星爆发次数，进而建立起新的宇宙学模型，揭开暗能量和暗物质的神秘面纱。

二是使用反中微子探测器监测核扩散，确保核安全。科学家们认为，利用反中微子物理学的研究成果，可以有效监测非法核试验和活动。反中微子是核裂变的副产物。核裂变过程要么释放出一个正电子和一个中微子，要么释放出一个电子和一个反中微子。核燃料中的放射性元素会稳定、大量地释放出这种粒子，所以反中微子可以充当核反应的“泄密者”。在核设施附近放置中微子探测设备，可检测核反应堆的反中微子流，通过分析结果还可以确定核燃料的类型。美国发起了一项名为“守护者”的反中微子核监测项目，理论上能够检测到1000千米内的核反应堆。

三是用于评估地球的内部结构，揭示地球内部的奥秘。中微子从产生到探测的过程是已知的，并且纯净度、灵敏度都非常高。地质学家可将其作为物理探针，给地球内部“拍照”，进而寻找地球内部的构造规律。地球中微子探针可以揭示地球热流的来源、地球的组成和起源，可以对块状硅酸盐地球模型（地球总体元素丰度与球粒陨石相近，除挥发元素外，主要是由硅酸盐组成，故名硅酸盐地球）进行直接测试，对地球核心非常规模型进行验证。中微子科学装置和其他探测器，为研究地球内部结构打开了新窗口，有望在不久的将来揭示更多地球内部的构造。

四是提供新的通信方式，为天地交互提供新渠道。中微子以接近光速进行直线传播，并具有极强的穿透性，极易穿透钢铁、海水、山脉等，甚至从地球南极穿到北极，且整个过程自身能量损失很少，是一种理想的信息载体。传输过程中，将所要传送的语音、图像、数据等信息，通过“调制”技术“驮载”在中微子束上，依靠中微子自身特性将信息传送到目的地。然后再用“解调”技术，把信息从中微子束中分离出来，还原其“庐山真面目”。中微子通信未来拥有较好的应用前景，采用中微子束通信可以提高海军潜艇保密通信能力，在核生化攻击背景下可保持较强的可靠性。此外，中微子还可以作为“特殊信使”遨游太空，与宇宙飞船直接联系，为人类探索宇宙服务。不过，将中微子通信用于实践，仍有许多待解决的技术问题。

总之，人类探索中微子的旅程才刚刚开始。相信随着研究不断深入，更多关于中微子的秘密将被揭开，为人类认识世界、改变世界提供强大科学工具。