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admin
发表于: 2019-9-11 19:49 | 显示全部楼层

"\u003Cdiv\u003E\u003Cp\u003E中微子仅次于光子作为宇宙第二丰富的粒子,也是宇宙大爆炸时遗留下来的古老遗迹,除了微波背景辐射,宇宙标准模型最后一个未经验证的预言就是中微子背景,\u003Cstrong\u003E那么中微子在宇宙早期是怎样产生的?它们如何能大量的保存下来?我们为什么探测不到中微子背景?\u003C\u002Fstrong\u003E下面我就从宇宙的起源说起。\u003C\u002Fp\u003E\u003Ch1\u003E中微子是怎样是正反物质湮灭中大量存活的\u003C\u002Fh1\u003E\u003Cp\u003E宇宙源于大爆炸,那大爆炸这个想法是咋来的?其实是一个很简单的推理,自从哈勃说我们这个宇宙不是恒定不变的,星光在红移空间在膨胀,绝大多数星系正在远离我们,而且离我们越远的星系推行的速度越快。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F9be5889e7c1a40e2af347ea0ecec5ae2\" img_width=\"600\" img_height=\"620\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E还不止这些,当你看到一个遥远星系的时候,因为光速是有限的,所以你看到的是遥远的过去。那么把时间倒过来,宇宙在过去肯定体积更小、密度更大、温度也更高,这就有了大爆炸的想法,大爆炸并不是字面上的意思,并没有什么东西真的爆炸了,其实说的是热膨胀状态,意指宇宙的膨胀。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F82703e430b4c427389d5745c2ebe07f5\" img_width=\"600\" img_height=\"378\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E我们继续让时间倒流,宇宙的密度和温度会持续增加,在宇宙38万年的时候,温度降低到了中性原子可以稳定形成的时候,这时宇宙发出的第一缕光就是我们常说的微波背景辐射,在这之前由于温度较高辐射能量可以将中性原子电离,这时的宇宙就是一片等离子体的海洋,充满了原子核、电子和辐射。如果再往前追溯,宇宙温度会持续增加,原子核都无法在这种高温下稳定的结合在一起,因为一个能量足够高的光子会把原子核炸开形成自由的质子和中子。下图:\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F0dfb826458284c85b8565ba3e9a5fc1a\" img_width=\"600\" img_height=\"211\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E这个时期形成的原子核就是宇宙最终的初始原子,但只有8%的质子和中子形成了氦-4,其余的都是单个质子也就是氢核。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E但是再往前追溯,我们会发现宇宙中的能量高到光子会自发的形成形成粒子-反粒子对。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F16b0119d517d4d06baa97081941bff11\" img_width=\"600\" img_height=\"520\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E其中包括所有的夸克\u002F反夸克对,所有的轻子\u002F反轻子对,所有的胶子、光子和弱玻色子,以及任何迄今尚未发现的粒子。当整个可观测的宇宙被压缩到一个直径小于一光年的空间时,这些粒子\u002F反粒子对就会大量存在,在\u003Cstrong\u003E近似平衡\u003C\u002Fstrong\u003E状态下自发地产生和湮灭。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F92e3094323824a4c99dcaa9da31f6c53\" img_width=\"600\" img_height=\"447\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E上图可以看到宇宙的这种稠密高温状态不会持续很长时间。随着宇宙的膨胀和冷却,这时的能量再想制造新的粒子-反粒子对会变得越来越困难,而已经存在的正反粒子对将继续湮灭成光子。但是随着空间膨胀的越来越大,由于正反粒子的密度被稀释,粒子很难找到对方,所以湮灭的速度就大幅降低。在同样的密度下,粒子之间发生相互作用的几率取决于粒子的反应横截面,俗称大小。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E所以正反粒子湮灭的几率也取决于粒子本身的反应截面,反应截面太小没有来得及湮灭的粒子就会被永久的“冻结”(冷却,损失能量),只要这些粒子能够保持稳定,不会衰变,那么它们就会一直被“保存”到今天。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E我们目前知道有三种这样的粒子及其反粒子有这样的本事大量存活:中微子!\u003C\u002Fp\u003E\u003Ch1\u003E宇宙中微子背景\u003C\u002Fh1\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F9fb5bfd903994726855540d3837a4c3a\" img_width=\"640\" img_height=\"408\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E中微子有三种口味来匹配三种带电轻子:电子、μ子和τ子,这三种中微子是已知的最轻、质量最低的非零质量粒子。最重中微子的质量上限仍然比第二轻的电子轻了400多万倍。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F6263d3c181f04d2480e235bee703ab2f\" img_width=\"600\" img_height=\"230\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E中微子的反应截面依赖于自身的能量,在较低的能量下反应截面会变得非常小。到宇宙诞生大约一秒钟的时候,中微子和反中微子由于能量降低就停止相互作用,随着宇宙的膨胀,它们继续失去能量并冷却了下来。上文我们说到中性原子形成以后,光子就会自由的传播,这就是宇宙微波背景的来源。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fb02e484a3516401d93ab756db37ddb5a\" img_width=\"495\" img_height=\"413\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E但是中微子和光子略有不同。宇宙微波背景(CMB)的光子有一个类似于上图的能量谱,其峰值温度为2.725开尔文。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E宇宙中微子背景的温度应该稍微低一点,估计为1.96开尔文,最重要的区别是:与光子不同,中微子有质量!\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F7fa899fa6f074b58b3d5b90404d65a11\" img_width=\"363\" img_height=\"307\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E中微子的质量虽小,但比遗留下来的热能要大的多。根据中微子的质量,它们现在的移动速度应该不超过每秒几千公里,可能只有每秒几百公里。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F850bc350012743b994587aa09b9efd57\" img_width=\"600\" img_height=\"600\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E中微子的质量和能量告诉我们,它们已经充满了包括银河系在内的所有大尺度结构中。只占暗物质总量的一小部分大约为0.3%。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E目前我们还不知道怎样大量有效的探测这些中微子。\u003C\u002Fp\u003E\u003Ch1\u003E为什么无法大量的探测到中微子\u003C\u002Fh1\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fb812f4ff7d324b7c8021082da176b3e5\" img_width=\"600\" img_height=\"401\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E我们现在可以探测到少量的中微子,但只有中微子总量的10亿分之一。由于中微子现在的能量导致其反应横截面非常小,又不参与电磁相互作用和强相互作用,只与弱相互作用和引力互动,由于弱相互作用是一种短程力,比原子核的半径还要小,而中微子的截面想撞上原子核就像,八百里开外想打一直苍蝇,所以在中微子面前所有东西都是透明的。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E探测中微子背景辐射是关于大爆炸最后一个未经验证的伟大预言,尽管每立方厘米的空间中有数百个中微子和反中微子,尽管中微子以每秒数百公里的速度快速在移动,但是中微子能与正常物质发生的唯一相互作用是核反冲,也就是上文所说的撞击原子核。这种几率也不足以我们大量的探测中微子背景辐射。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp9.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F8c7bbacb52dc4ecc91f5bbafa0a86d93\" img_width=\"800\" img_height=\"450\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Ch1\u003E总结:中微子的其他问题\u003C\u002Fh1\u003E\u003Cp\u003E还有一些关于中微子的问题,我们很长一段时间认为中微子具有左手态,也就是说,它们的自旋总是和动量方向相反,或自旋-?。反中微子具有右手态,自旋总是指向与动量相同的方向或自旋+?。而我们所知道的所有其他半整数自旋粒子都有自旋±?版本,无论是物质和反物质。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E但中微子不行。这就引发了人们的猜测,即中微子实际上可能是它们自己的反粒子,被称为马约拉纳(Majorana)中微子。如果中微子是自己的反粒子,那么就会有一种特殊类型的双β衰变,但目前还没有检测到。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fc44fdb0faa0a44399bfaf7cc3b5518f6\" img_width=\"600\" img_height=\"449\" alt=\"宇宙中微子背景是什么?中微子为什么是第二丰富的粒子\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E这就是宇宙大爆炸留下的10^90个中微子和反中微子,中微子的特殊性质使它们成为宇宙中仅次于光子,第二丰富的粒子。宇宙中每一个质子对应了超过10亿个中微子。但是这些遗留下来的中微子,构成的宇宙中微子背景(CNB),我们完全探测不到。这也是最后一个未经证实的关于大爆炸的伟大预言:宇宙中微子背景!\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E"'.slice(6, -6),      groupId: '6735324455788085767
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