伽瑪射線可以穿透20厘米厚的鉛板，但與中微子的穿透力相比，就是小巫見大巫了。中微子具有極強(qiáng)的穿透力，除了黑洞等少數(shù)天體以外，幾乎能穿透宇宙中的任何物質(zhì)，穿透地球自然也不在話下。那么中微子為什么具有如此強(qiáng)的穿透力？

來自1987a超新星的證據(jù)

1987年2月23日，距離地球16.3萬光年的大麥哲倫星云中的一顆名為1987a的超新星發(fā)生了爆炸，它是近400年來天文學(xué)家觀測(cè)到的最亮的一顆超新星。

在爆炸產(chǎn)生的可見光被地球上的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的3小時(shí)前，全球范圍內(nèi)有三臺(tái)中微子探測(cè)器探測(cè)到了來自該超新星的中微子爆發(fā)，該中微子的爆發(fā)過程僅持續(xù)了十幾秒。正是這短短的十幾秒，證明了中微子可以輕松穿透地球。

大麥哲倫星云只有在南半球才能看得到，日本的中微子探測(cè)器則位于北半球，按理說中微子輻射會(huì)被地球擋住，可事實(shí)并非如此，中微子不僅穿過了地球，還被地球另一端的中微子探測(cè)器檢測(cè)到了。

來自1987a超新星的中微子之所以比光先到達(dá)地球，就源于其極強(qiáng)的穿透力。中微子與光都產(chǎn)生于核反應(yīng)，而超新星塌縮是從內(nèi)部開始的。當(dāng)超新星爆發(fā)時(shí)，中微子能夠比光先行穿透恒星的外殼。

以太陽為例，光從太陽表面到達(dá)地球需要約8分鐘，而太陽光從恒星中央到達(dá)太陽表面則需要幾百萬年的時(shí)間。這是因?yàn)楣庠诤阈莾?nèi)部穿行時(shí)，需要不斷經(jīng)歷吸收再輻射的過程。中微子的速度幾乎與光速相當(dāng)，并且可以毫無阻礙地穿行于太陽內(nèi)部，所以可以比光更早到達(dá)恒星表面。

上圖為1987A超新星的爆炸遺跡

物質(zhì)間的相互作用

古希臘學(xué)者德莫克利特提出了最早的原子論，看似密不透風(fēng)的墻，實(shí)際上是由許多名叫原子的粒子構(gòu)成的，原子是不可再分的微觀粒子。現(xiàn)如今我們已經(jīng)知道，除了暗能量和暗物質(zhì)，宇宙中的普通物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，并且原子是由更為微觀的質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成的。20世紀(jì)下半葉，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子等強(qiáng)子是由更為基礎(chǔ)的夸克構(gòu)成的。

現(xiàn)如今，粒子物理學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，物質(zhì)是由62種基本粒子（引力子未被證實(shí)）構(gòu)成的。這62種粒子分為兩種類：費(fèi)米子和玻色子，費(fèi)米子的自旋為半奇數(shù)，玻色子的自旋為整數(shù)。費(fèi)米子又分為夸克和輕子兩大類，電子和中微子都屬于輕子，它們是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子。玻色子也分為兩類，一類是規(guī)范玻色子，負(fù)責(zé)傳遞相互作用；另一類是標(biāo)量玻色子（希格斯玻色子），通過希格斯機(jī)制賦予粒子質(zhì)量。              

宏觀物質(zhì)間的相互作用，從微觀角度來看，就是這些粒子間的相互作用。力就是物質(zhì)之間的相互作用，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)宇宙中存在4種基本力：電磁力、引力、弱核力和強(qiáng)核力。

1，電磁力：它與我們的生活息息相關(guān)，摩擦力、彈力、分子力等本質(zhì)上就是電磁力，化合物的形成以及化學(xué)反應(yīng)就與電磁力有關(guān)，我們能夠拿穩(wěn)筷子、能夠看見這個(gè)世界都與電磁力有關(guān)。帶電荷的粒子之間便會(huì)發(fā)生電磁相互作用，光子就是傳遞電磁力的媒介粒子。

2，引力：地球的形成、太陽系的形成、銀河系的形成等都與引力有關(guān)，天體運(yùn)動(dòng)在引力的作用下變得井然有序。有質(zhì)量的物體便具有引力。相對(duì)論認(rèn)為引力的本質(zhì)是時(shí)空彎曲，有質(zhì)量的物體能使時(shí)空彎曲。

3，弱力：它是僅作用于微觀世界的一種力，力的作用范圍（力程）非常短，是存在于費(fèi)米子之間的一種相互作用。原子核衰變便與弱力有關(guān)。弱力依靠w玻色子及z玻色子進(jìn)行傳遞。

4，強(qiáng)力：它也是僅作用于微觀世界的一種力，帶色荷的粒子之間會(huì)發(fā)生強(qiáng)相互作用?？淇擞捎诰哂猩?，就存在強(qiáng)相互作用，依靠膠子進(jìn)行傳遞。原子核的形成便與強(qiáng)力有關(guān)。

中微子是一種質(zhì)量和體積極小的中性粒子

上世紀(jì)20年代，物理學(xué)家在研究貝塔衰變（存在于放射性原子核中的一種衰變）的過程中，發(fā)現(xiàn)有部分能量丟失，這是很嚴(yán)重的問題，因?yàn)槟芰渴睾愣墒艿搅颂魬?zhàn)。中微子就是1930年泡利為了解決貝塔衰變中能量不守恒這個(gè)問題而提出來的。1933年由費(fèi)米正式命名為中微子。1942年中國科學(xué)家王淦昌提出利用電子俘獲來驗(yàn)證中微子存在的方法。當(dāng)時(shí)正值第二次世界大戰(zhàn)，直到1956年才由美國科學(xué)家在核反應(yīng)堆中正式觀測(cè)到。

如圖所示，在衰變過程中，核內(nèi)一個(gè)中子會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，并釋放出一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)反電子中微子。這就是負(fù)貝塔衰變。

中微子由于很難被探測(cè)和捕捉到，因此又被稱作幽靈粒子。這是因?yàn)橹形⒆拥馁|(zhì)量極小，僅為電子質(zhì)量的幾百萬分之一，引力作用極弱。除了黑洞這類的強(qiáng)引力源外，地球和太陽這類天體的引力根本束縛不了它。中微子不僅比電子質(zhì)量輕得多，體積也比電子小得多。此外，中微子不帶電荷，所以不參與電磁相互作用。中微子由于是費(fèi)米子，因此會(huì)參與弱相互作用。

中微子是一種輕子。輕子包括3種帶電輕子（電子、μ子和τ子）和3種中微子（電子中微子、μ中微子和τ中微子），以及它們各自的反粒子。通常所說的中微子就是指電子中微子，其它兩種中微子都不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生衰變。直到2000年美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室才發(fā)現(xiàn)了第3種中微子——τ中微子。中微子在傳播的過程中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化，發(fā)生中微子震蕩現(xiàn)象。中微子的秘密有很多，迄今為止，有很多科學(xué)家因中微子相關(guān)的研究而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

上圖為位于日本神岡地下1千米的中微子探測(cè)器，研究人員正在為探測(cè)器注入超純水。

中微子廣泛存在于宇宙中，每立方厘米大約100個(gè)。宇宙大爆炸產(chǎn)生了大量的中微子，太陽和核電站也會(huì)產(chǎn)生中微子。當(dāng)你正在看這篇文章的時(shí)候，就有數(shù)量眾多的中微子穿過你的身體和地球。

微觀世界存在廣闊空間

世界上存在密不透風(fēng)的墻嗎？從宏觀世界來看，是這樣子的。可從微觀世界來看，粒子與粒子之間存在非常廣闊的空間。

以原子為例，從質(zhì)量上看，原子核占原子總質(zhì)量的99%?？蓮某叽缟蠈?duì)比，如果原子的直徑相當(dāng)于地球的直徑，原子核就相當(dāng)于一座幾十米高的大廈，而電子就是這個(gè)大廈中的兵乓球。微小的電子就在這么廣闊的空間中繞著原子核運(yùn)動(dòng)。質(zhì)子和中子分別由三個(gè)夸克構(gòu)成，夸克也很小，它們也并沒有緊緊的挨在一起。如果把核外電子全部壓進(jìn)原子核，那么由這種新型原子構(gòu)成的地球的直徑僅為20多米。由此可見，微觀世界非?？諘?。

此外，微觀世界中粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與宏觀世界不同，一切粒子都具有波粒二象性，并且粒子的運(yùn)動(dòng)是不連續(xù)的。

如圖所示，電子并不像行星繞恒星那樣圍繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)，而是按概率隨機(jī)分布在原子核周圍，形象地稱之為電子云。

總結(jié)

看似密不透風(fēng)的“電子云”墻，對(duì)于質(zhì)量極小且不帶電的中微子來說，既不會(huì)與物質(zhì)發(fā)生電磁相互作用，也極難受引力影響。中微子的個(gè)頭比電子小得多，對(duì)于由原子構(gòu)成的地球來說，地球就是一個(gè)縫隙非常非常大的篩子，中微子很容易就從這些縫隙中溜走。

中微子基本上只會(huì)受弱相互作用的影響。弱力不像引力或電磁力那樣，只有當(dāng)兩個(gè)費(fèi)米子挨得比較近時(shí)才會(huì)發(fā)生弱相互作用。在原子世界中，由于原子核和電子都很小，中微子更小，它們幾乎很難發(fā)生碰撞，那么發(fā)生弱相互作用的概率就很低了。據(jù)估計(jì)，在100億個(gè)中微子中，只有一個(gè)中微子會(huì)與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)中微子穿過地球后，只會(huì)發(fā)生很微弱的能量衰減。基于此，科學(xué)家們希望利用中微子進(jìn)行通信。