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  • 1 # 裸猿的故事

    一般而言的物體都由基本粒子組成,即質子中子電子組成,那麼時間依然會對它們產生作用,雖然這些基本粒子是長壽命粒子,但其穩定性也不能永恆,換句話說就是天也會荒地也會老。基本粒子的壽命,在科學上通常用半衰期這個詞來表示,它們發生的變化稱為衰變,從一種粒子轉變為其它粒子,半衰期即衰變一半所需要的時間。

    目前,粒子物理學家已經發現了三百多種基本粒子,但它們中大多數都是短壽命粒子,其存在稍縱即逝,衰變速度極快,而這些基本粒子的存在,是透過檢測它們的衰變產物來進行推斷的,因為這些產物都可以提前進行預測。

    長壽命粒子的衰變產物,自由的中子壽命只有15分鐘,就衰變為質子、電子和中微子。但質子的壽命則相當漫長,但一些理論預測質子也無法天長地久,最終它會發生衰變。但目前為止還沒有任何實驗真的觀察到質子的衰變結果。日本和法國都建造過相應的裝置,來探測質子的衰變現象。

    舊的大統一理論(SU5)預測質子的壽命應該在10^29~10^30年限內,法國Modane地下實驗室進行的實驗,在連續觀察六年都沒有發現質子衰變的痕跡之後宣佈SU5大統一理論有問題,實驗證實質子的壽命應該更長。而新的大統一理論則將質子衰變的壽命延長到了10^35~10^36年。

    圖示:法國Modane地下實驗室位於法國東部羅納 — 阿爾卑斯大區(La région Rhône-Alpes)薩瓦省(La Savoie)的邊境小鎮Modane地下,簡稱LSM。

    日本東京大學在神岡町的茂住礦山中一個廢棄砷礦井中建造了一個大型中微子探測器,既能探測質子衰變,同時還能檢測其他來源的高速中微子。礦井深1000米,而選擇在如此深的地層中進行實驗,則是要利用厚厚的岩層阻隔其他來源的宇宙射線訊號。整個實驗設施的主體部分是5萬噸高純水以及相應的探測器,容器的內壁上安裝有11200個光電倍增管,用於探測高速中微子在水中透過時產生的切連科夫輻射。

    圖示:需要5萬噸高純水,是因為實驗無法進行10^35年,但在實驗中可以用數量代替漫長的時間,理論上說只要有10^35個質子,那平均而言每年就會有一個質子發生衰變。另外,這個實驗還可以用來探測中微子

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