中微子是无处不在的，而且它的穿透力十分强，太阳、地球、宇宙大爆炸、以至是人的身体，都是一个中微子。科学家已经通过尝试看察到了太阳中微子振荡和大气中微子振荡，为了发现第三种中微子振荡，阐明反物量世界的现象，我们施行了大亚湾中微子尝试。如何才气看到中微子？中微子和我们的现实生活有什么关系？
出品：格致论道讲坛
以下内容为中国科学院高能物理研究所特聘青年研究员占亮演讲实录：
神异的中微子
中微子无处不在，十分神异，被称为宇宙的“隐形人”。中微子到底有多神异呢？我们之所以能看到太阳，是因为太阳发射的光传到我们的眼睛里，所以我们看见了太阳。
但是你不晓得的是，每秒有上亿个中微子也穿过你的眼睛。
更为神异的是，即便你把眼睛闭上，看不见光了，但是中微子仍然会穿过你的眼睛。你底子无法阻挠中微子。
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说到中微子，先从一位传奇的物理学家说起，20世纪初最天才的物理学家之一，沃尔夫冈·泡利。
他十分有个性，他人提出一个理论，他认为有问题就会立即责备。更希罕的是，各人发现泡利的责备老是对的。
可能20岁的时候，泡利往听大名鼎鼎的爱因斯坦的演讲，在演讲现场，他向爱因斯坦提出一些很锋利的问题。据说爱因斯坦以后做演讲的时候，都要先看看泡利在不在场。
那是1927年召开的索尔维学术会议上的照片，聚集了世界上最伶俐的大脑，共29人，此中有17人都是诺贝尔奖得主。泡利身处此中，他其时十分年轻，只要27岁。
泡利跟中微子有什么关系呢？
能量守恒定律告诉我们，能量不克不及够凭空产生，也不会无故消逝。20世纪初，有一些科学家在研究原子核衰变的时候，发现能量少了一部门，是不是能量不守恒？
泡利提出一个十分斗胆的假设，在原子核的衰变过程中，释放出来一个我们看不见的粒子，那个粒子带走了部门能量，那个粒子十分小，十分轻，而且不带电，是中性的。
泡利把那个粒子喊中微子，他说恰是因为中微子带走一部门能量，所以我们看到的能量就是少了，假设把中微子的能量算进往，能量仍是守恒的。
能量到底守不守恒，泡利的假设到底正不准确呢？
在之后的几十年，良多科学家就往觅觅中微子，验证泡利的假设到底对不合错误。最初证明，泡利仍是对的。
在觅觅中微子的科学家傍边，有一位中国科学家王淦昌，也是我国的两弹功臣。
1941年，王淦昌就提出了间接探测中微子的办法。他其时是浙江大学的传授，也是我们熟知的诺贝尔奖得主李政道的教师。
他固然提出那个办法，但是受其时的前提限造，就没有做尝试。国外有一位科学家在1942年做了那个尝试，间接证明了中微子是存在的。
从科学尝试的角度来说，一个工具假设存在，就必需要能间接探测到，间接探测不是间接的证据。因而必需用探测器探测中微子的存在，人的眼睛是没办法看到中微子的。
如何才气看到中微子呢？
因为中微子的穿透力十分强，穿过人的身体时毫蒙昧觉，那么就需要十分强的中微子源，释放出大量的中微子，固然不克不及看到每一个中微子，但是只需要看到那么多中微子中的几个，就能证明它的存在。
很强的中微子源有哪些呢？原枪弹就是很强的中微子源，有些科学家想操纵原枪弹爆炸来探测中微子，那确实太求助紧急了。
一九五几年的时候，人们造出了反响堆，它很平安，能够继续地释放中微子。科学家莱因斯和科万在反响堆旁边造了一台一吨重的探测器往探测中微子。
1956年，他们末于探测到了反响堆发出来的中微子，确认了中微子存在的信号。他们把那个好动静告诉了泡利。
泡利在回信中说：谢谢告知，任何工作都喜爱懂得期待的人。
只是那一期待长达26年，从1930年提出假说，到1956年才得到证明，泡利从当初年轻的小伙也酿成白叟了。
但是泡利还算是比力幸运了，莱因斯和科万1956年做了尝试，1995年只要莱因斯获得诺贝尔奖，不幸的是，科万已经往世21年了。
我们如今晓得中微子是无处不在的，每秒钟就有数万亿个中微子穿过各人的身体。
其实中微子还有其他的一些源，好比太阳、地球、宇宙大爆炸、恒星大爆炸、大气层、反响堆、加速器。以至人的身体也是一个中微子源。人的身体每秒钟会释放出大约3亿个中微子，当然那跟人的体重有关。
中微子无处不在，为什么我们看不见它呢？
因为中微子能够很随便地穿过人体，固然每秒钟有上万亿个中微子穿过人体，但是很平安。不只人如斯，地球在中微子面前也是通明的，中微子能间接穿过地球。
发现中微子之后，科学家陆续研究，发现不行存在一种中微子，2000年的时候，科学家发现了第三种中微子，颠末70年，三种中微子都被发现了。
中微子根据差别的原则，能够分红三类：根据量量大小分，能够分红中微子1、2、3；根据“味道”来分，能够分红e中微子，μ中微子，τ中微子。
那有点像给苹果分类，根据颜色分，能够分为红色、青色、黄色的苹果；根据味道分，能够分为酸的、甜的、涩的苹果。中微子与此类似。
中微子的摸索之旅
科学家在摸索中微子的过程中，发现一些很奇异的现象。戴维斯在一个深达1500米的矿井里，觅觅太阳发射过来的中微子。
他在1968年就看到了太阳中微子，但是令人迷惘不解的是，太阳中微子的数目不合错误，跟揣测的比拟，只剩下了1/3，有2/3的太阳中微子不晓得往哪儿了，他就陆续找，不断做尝试，做了20多年的尝试。
那个现象不断困扰了科学家好几十年。有一些科学家就提出来一种理论，中微子会发作振荡，是什么意思呢？
前面说的三种中微子，一种中微子是太阳发出的电子中微子，传布到地球的过程中，酿成了别的两种中微子。戴维斯的尝试只能看到电子中微子，所以电子中微子就少了。
以图中的一群马做例子，马跑的过程中，一些马酿成了羊，一些马酿成了牛，那是很别致的现象。那个现象到底是不是实的，需要做尝试来验证。
日本的超等神冈尝试和加拿大的SNO尝试，别离探测了大气中微子振荡和太阳中微子振荡，尝试中看察到电子中微子消逝的现象，更重要的是还发现了别的两种新的中微子产生。
假设把三种中微子全数加起来，发现个数正好不多很多，跟本来的一模一样。尝试证明了中微子振荡现象，那一发现获得了2015年的诺贝尔奖。
科学家通过尝试看察到了太阳中微子振荡和大气中微子振荡，那么会不会有第三种中微子振荡呢？
那涉及到了根底物理学里面的重要参数之一，是发现正反物量不合错误称之谜的一把钥匙。
根据大爆炸理论，宇宙最起头爆炸时就产生同样多的正物量和反物量，每一个粒子都有与之对应的反粒子。
如今并没有发现反物量世界的存在，会不会是没找到，反物量世界在某一天突然呈现，把宇宙给扑灭了呢？那是一个很别致的现象，觅觅第三种中微子振荡就能够阐明那种现象。
其时世界上提出8个尝试计划往觅觅第三种中微子振荡，通过合作比力之后，最末只要3个尝试计划施行了，此中包罗中国的大亚湾中微子尝试。
大亚湾中微子尝试在国际上是领先的，有本身得天独厚的优势，好比它位于广东省深圳市大亚湾核电站四周，那里还有岭澳核电站，一共有6个反响堆，反响堆加起来的功率十分大，可以释放的中微子数目也十分多。
别的，它四周有一座山，能够把尝试室建到山的下面，挖一个隧道进往，在那里做尝试很便利，开着车间接就进往了。
大亚湾尝试室也表现了我国科学家的程度，设想建造的探测器精度是国际上更高的。
因为大亚湾尝试室那一系列的长处，美国人也舍弃了在他们本身国度做尝试的计划，带着钱和人加进到大亚湾的尝试，和我们一路协做做尝试。
那是大亚湾尝试探测器的照片，照片中有几个钢桶，那些钢桶就是中微子探测器，它们有几十吨重，放在一个水池里面。
为什么要把探测器放在水里面呢？中微子探测器对情况的要求十分高，不克不及有尘埃，不克不及和空气间接接触，所以只能放在水里面。
那些水可以阻挠好比墙壁、天花板释放出来的、看不见的放射性射线，那些射线会骚乱中微子的信号。
各人可能很猎奇，中微子探测器的内部是什么样的，那张照片有些魔幻，中间通明的部门是有机玻璃罐，那里面放着一些会发光的液体，傍边微子打到那些液体里面，会发光，那些光会被四周灯胆状的工具领受到，从而捕获到中微子信号。
大亚湾探测器建成的第一天做尝试，就探测到几百个中微子信号，跟几十年前觅觅中微子比拟，大亚湾探测器要先辈得多。
所以应该感激我们国度的经济程度、科学手艺程度的朝上进步，让我们可以建造更强大的探测器。
同时，我们也不该该忘记几十年前那些觅觅中微子的前驱们，恰是他们迈出了科学的第一步，我们才气有后面的功效，所谓“不积跬步，无以致千里”。
大亚湾尝试室用55天获得的尝试数据，就觅觅到多量的中微子，而且确认了第三种中微子振荡的信号，那是中国初次测得根底物理学参数，也是中国对根底物理学更大的奉献。
那项成就在2016年获得了根底物理学打破奖，那个奖是科学界的“第一巨奖”，被誉为科学界的“奥斯卡奖”。
大亚湾尝试发现了第三种中微子振荡，是不是所有问题都处理了呢？
并非，中微子还有良多未解之谜，好比中微子能否为本身的反粒子？会不会被本身埋没？中微子的量量挨次，三种中微子的量量谁大谁小？
国际上有一些尝试计划试图来处理那个问题，日本、美国的一些尝试室有先辈的加速器手艺，他们用加速器产生的中微子来研究其量量挨次。
我们有大亚湾尝试室，在反响堆中微子尝试上积存了良多体味，我们又提出了江门中微子尝试，来研究中微子的量量挨次。
此次国际上没有同类尝试跟我们合作，其他反响堆中微子尝试科学家颠末评判以后，认为我们的尝试更好，就带着钱和人都参与到了我们的尝试里面。
从图中能够看到江门中微子尝试探测器的情状，右边是一个曲径40米的大圆球，有十几层楼那么高，里面拆有2万吨的液闪，右边是大亚湾探测器，从图中比照来看，大亚湾探测器显得很小，里面只要40吨的液闪。
江门中微子尝试参与者中，有一半都是中国人，别的一半是外国人，协做单元十分多，国表里一共有77家研究单元。
江门中微子探测器目前还没建成，右边是一张模仿设想的照片，能够看到探测器里面是一个十分大的圆球，里面有良多灯胆状的工具，就是光电倍增管，右边是两根光电倍增管的实物图，那是核心器件，能够探测光，确认中微子的存在。
光电倍增管几十年来只要日本滨松公司可以造造，那家公司不断处于垄断地位，我们做大亚湾尝试的时候，一个探测器要用192根光电倍增管，全数买的那家公司的产物。
我们如今做江门中微子探测器，里面有将近2万根光电倍增管，一根光电倍增管要几万元，假设全数买滨松公司的产物，大约要10亿元，价格其实太高了。
江门中微子尝试里面的一些科学家就与中国的企业协做，一路结合攻关，研造光电倍增管。
颠末无数次失败，末于胜利研造了那个产物，我国消费的光电倍增管已经进进了国际市场，产物以至卖到了日本。
我们仍然买了少量滨松公司的光电倍增管，跟我们本身消费的光电倍增管，各有优势，构成互补，但是那时候我们买他们的光电倍增管，跟之前比拟就廉价良多了。
生活里的中微子
我那里讲的都是科研中的中微子，它跟我们的现实生活有什么关系呢？
那是一个很难答复的问题。实事求是地说，中微子如今跟我们的生活没有太大的关系。
我之前讲到科学家们起头研究核衰变的时候发现了中微子，他们其时研究核衰变也不晓得在生活中该怎么用，但是几十年后，科学家操纵核物理常识造出了原枪弹、反响堆，给人们的生活带来浩荡改动。
如今我们研究中微子有什么感化呢？可能十几年、几十年后会晓得。那取决于我们对中微子研究的深历程度。
后面我讲一些脑洞大开的设法，用中微子能够做什么，但是那些设法也许行得通，也许行欠亨，到底能不克不及行，仍是要看我们对中微子的常识领会有几。
用中微子监测核反响堆。造原枪弹需要的原料能够在反响堆里造造。
假设世界上有一些国度或者恐惧分子偷偷造反响堆如何才气发现呢？假设他们在空中上造了一个反响堆，能够用卫星拍高清照片。
假设他们在山洞里面偷偷地造原枪弹，卫星也拍不到，怎么办？那时候中微子就能够发扬感化了。在中微子面前，地球相当于通明的。
不管你在地球哪一个角落造违规的反响堆，释放的中微子都毫无保留地传递给我们的探测器。
中微子通信。2012年，美国有一些科学家做了一个尝试，操纵中微子穿过340米厚的岩石传递信息。但是信息量十分少，只要一个单词neutrino，用了142分钟，传输速度十分十分慢，但是那事实迈出了人类的第一步。
别的，中微子通信能够处理常用手段无法处理的问题，好比中微子的穿透才能特殊强，能够实现星际间的通信。
假设有人能生活在地心的话，以至能够实现从地表到地心的通信。当然那种情形只能在科幻小说中呈现，刘慈欣的科幻小说中，就描写了那种情状。
还有海平面与海底的通信，海底的潜艇能够通过中微子与海面停止通信，因为海水无法阻挠中微子。
中微子还能够给地球做扫描。地球关于中微子来说是通明的，中微子穿过地球时，就能够扫描地球的内部构造。
想要晓得地球的内部构造，如今常用的手段是挖一个很深的井，往里面取岩石样品。
但是我们如今挖的井，最深也就一万多米，关于地球几千千米的半径来说就是沧海一粟，因而对地球内部没有间接的探测手段。
用中微子就能够扫描地球内部的构造，类似于给人体做CT扫描。人体CT扫描摘用X射线，但是X射线也只能穿过人体那么厚的工具；中微子能穿过整个地球。
别的地球自己会产生中微子，地球内部发射的中微子就照顾了物量构成的一些信息，它能够间接穿过地球，传到地表，被探测器探测到，那时候我们就可以领会地球内部的成分。
总结一下，科学家发现核衰变似乎能量不守恒，最初提出并证明了中微子的存在。科学家又发现太阳中微子消逝了，随后发现中微子振荡现象。
所以，科学家发现一些很难理解的问题，凡是是科学常识的打破口，搀扶帮助人们觅觅、发现新的科学常识。
中微子如今还有一些未知之谜，科学家们研究它又会有什么新的科学发现呢？
那些科学发如今几十年后对我们的生活会产生如何的影响？让我们拭目以待，谢谢各人！
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