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神秘“幽灵粒子”中微子:来源于地球地壳下方

  近日,意大利科学家宣称他们已经找到首个确凿证据,证明地球内部正在产生出中微子。科学家们利用一个位于意大利境内的地下探测器探测到了来自地球内部的中微子信号

  新浪科技讯 北京时间8月26日消息,据英国《每日邮报》报道,在过去的数十年里,科学家们一直在努力,试图找出一种被称作“幽灵粒子”的神秘粒子——中微子的来源,它们是从哪些地方产生出来的?

  近日,科学家们使用一个位于意大利境内的地下装置获得了首个确凿证据,证明在我们脚下的地壳下方正在不断产生出这种中性的亚原子粒子。这项研究成果将帮助我们了解地球内部放射性元素的种类以及产生热量的放射性衰变过程。

  中微子产生于不稳定原子发生的衰变核反应过程中,这种粒子常常会被形容为“幽灵粒子”,因为它们非常微小——其质量要比电子轻大约50万倍。另外,更加重要的一点是这种微小的粒子本身不带电,因此它们几乎不与其他粒子发生相互作用,当它们与原子相遇时通常都是直接穿过去。由于这种性质,这种粒子显得愈发难以捉摸。

  

  意大利格兰萨索国家实验室坐落于亚平宁山脉地下大约1.5公里,这里安装了一台Borexino中微子探测器。科学家们在这里开展对中微子的研究工作

  然而尽管与其他粒子发生反应的几率非常非常小,但并不为零。而一旦发生相互反应,该过程中就会产生一种闪光。此前科学家们正是利用这种效应证明了中微子的存在。而现在,科学家们证明了中微子正从地球内部被产生出来,而这些“地球中微子”可以帮助科学家们窥探地球深部的奥秘。

  科学家们能够计算出每一种放射性同位素在衰变过程中将会产生的热量并评估其对多种地质活动,如火山以及地震所产生的影响。根据英国广播公司(BBC)此前的报道,地球内部产生的热量大致相当于全球所有电厂产生能量总和的20倍以上。

  地球内部的热量很大一部分是从地球诞生时期保存下来的,但其中也有很多是来自地球内部放射性元素的衰变过程。但直到现在,没有任何人能够搞清楚地球内部究竟有多少热量是来源于放射性同位素衰变过程的。

  

  地球内部结构。地球内部的热量很大一部分是从地球诞生时期保存下来的,但其中也有很多是来自地球内部放射性元素的衰变过程

  

  在2014年6月,科学家们记录到一次超高能中微子信号,其能级至少达到2600TeV。这样的能级已经超过了大型强子对撞机内质子能量的数百倍。图为世界最大的中微子探测设施之一的南极“冰立方”(IceCube)内的部分光学探测装置

  意大利格兰萨索国家实验室坐落于亚平宁山脉地下大约1.5公里,这里安装了一台Borexino中微子探测器。科学家们在这里开展对中微子的研究工作。这台设备使用2200个探测器用于检测中微子与这里一个大圆球中盛放的大约200吨特殊液体之间相互作用时释放出的闪光信号。

  科学家们在时长2056天的数据中一共检测到24个地球中微子信号,其中11个来自地幔,另有13个则来自地壳。通过对中微子数据的分析显示,地球内部热量中大约有高达70% 源自放射性同位素衰变,但这一数字仍然存在不确定性。

  格兰萨索国家实验室的实验粒子物理学家艾尔多·伊阿尼(Aldo Ianni)表示:“目前的置信度约为98%,这就意味着仍然存在很小的可能性表明并没有地幔信号的存在。”按照粒子物理学的标准,2%的误差水平太高,还不足以被定义为一项“发现”。伊阿尼表示:“这种误差看起来已经不大了,但按照物理学的标准,这个误差仍然不够小。”

  而为了得到更加精确的结果,这里的国际物理学家小组将需要连续收集17年的数据。未来,科学家们将会在全球不同位置上安装更多的实验探测设备,目的是了解在地球内部的不同位置上放射性同位素的分布存在着何种差异。(晨风)

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