當然是更加緊密的材料，密度更高的材料了，比如中子星，它可以阻擋大部分中微子穿透。宇宙黑洞更厲害。我們的太陽附近的中微子缺失就很明顯的。人類文明在製造出凝聚態物理材料後，常溫超導體能夠耐受十萬度高溫的話，可以實現暗能量發電以及反重力飛船，高能量密度電瓶都可以實現，那個時候人類文明可以步入太空星際文明。當然是在太陽系，人類想要飛出太陽系，還需要超越光速才行，需要凝聚態物理材料達到中子星的密度才行。可能還要高才行，不然很難很難。

在這篇文章裡，您將瞭解什麼是中微子？中微子是如何產生的？我們如何才能感知或者觀測到中微子的存在？探索中微子對人類的意義？

首先說一下結論：目前在地球上（也可以說全宇宙，除了黑洞等能對中微子產生一定影響外）沒有任何材料能阻擋中微子！

為什麼呢？因為它太小了，小到可以穿過任何原子之間自由穿梭；因為它太輕了，任何粒子對它都不能產生作用，以至於我們竟無法測量他的質量；它速度太快了，中微子以光速在宇宙間自由行進，一顆中微子在太陽核心產生後，只要2秒就可以離開太陽表面，然後以近光速的速度飛行八分鐘後到達地球。它們毫無阻礙地穿過整個地球只需要0.02秒。

我們的身邊以及宇宙中充滿了這些中微子，形象化一下，我們豎起大拇指，每秒鐘，就有700億個中微子穿過我們的大拇指。

1.什麼是中微子？

物質的構成，從宏觀到微觀

為了理解什麼是中微子，我們就得首先了解物質是由什麼構成的。

在中學階段，我們學習到，世間萬物，都是由分子構成的，而分子是由原子組成的，而原子是由原子核和電子組成的，由於分子的原子數和電子數不同，而構成世界上有差異的各種物質元素，我們還學到了元素週期表。到了大學，我們又進一步學到原子核是由質子和中子組成的。（只有氕除外，它是氫的一種同位素，不含中子）很長一段時間，人們都認為到了質子和中子、電子是不再可分的基本粒子。

分子基本結構示意圖

近代粒子物理的研究表明，質子、中子、電子等這些粒子又進一步地細分與組合，形成許多其它不同的粒子。比如質子和中子由名叫夸克（quark）的基本粒子所組成。每個質子或中子由三個夸克所組成。所有這些原子內部結構的、比原子更小的各種粒子，統稱為次原子粒子（subatomic particle）

次原子粒子又分為兩種型別：費米子和玻色子

費米子（fermion）

這類是用於構成物質原子本身的基本粒子，也可以說是有型的，如質子、中子、電子等；

玻色子（boson）

這類是在粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用的基本粒子。

基本費米子又可以分成兩類：夸克（quark）和輕子（lepton）

夸克（quark）夸克是一種可參與強相互作用力的基本粒子，

輕子（lepton）輕子是一種不參與強相互作用力的基本粒子。 每一種費米子都有一個與之對應的反粒子，反粒子具有相同的質量但具有相反的電荷。

目前經過實驗和推理，世界上共存在6種夸克和6種輕子。

這6種夸克是：

上夸克（u或up）、 下夸克（d或down）；奇夸克（s或strange） 、粲夸克（c或charm）；底夸克（b或bottom）、 頂夸克（t或top）。質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子由兩個下夸克和一個上夸克組成。

中子和質子構成示意圖

6種輕子是：

電子（e或electron）、電中微子（electron neutrino）；μ子（muon）、μ中微子（muon neutrino）；τ子（tau particle）、τ中微子(tau neutrino)。

而我們所說的中微子就是指電中微子（electron neutrino）、μ中微子（muon neutrino）、τ中微子(tau neutrino)這三種。

次原子粒子的組成結構見下圖：

次原子粒子的構成示意圖

2.中微子是如何產生的？

我們知道，要把原子核拆成質子、中子等“零件”，需要巨大的能量，那麼這麼大的能量來自哪裡？核反應。我們最近的恆星，太陽，時時在發生核聚變反應，將氫轉變成氦，在釋放出巨大能量的同時，也產生了大量的中微子。因此我們周圍最大的中微子源，就是太陽。

同理，宇宙之中有無數個恆星，它們也在不斷的向空間中釋放無數箇中微子，除此還有中子星、伽馬射線爆發、超新星。另外最近研究發現還有一些急劇收縮的天體，如白矮星、黑洞等等靠收縮來釋放能量的天體，也能產生中微子。

我們在地球上的核反應堆裡，也探測到中微子的產生。

3.我們如何才能感知或者測量到中微子的存在？

中微子是如何被發現的？

19世紀20年代，物理學家在眾多實驗發現在β衰變中，能量守恆定理不管用了。按理說，中子衰變成一個質子和一個電子 （n → p + e） 的話，電子的能量應該永遠是中子和質子的能量差。但實際測量到的電子卻有各種能量，並且都比預測的能量要小——有一部分能量莫名其妙地消失了！

這是怎麼回事？物理學家們開始懷疑物理定律，覺得也許他們奉為黃金準則的“能量守恆定理”沒想象中那麼管用。

1930年12月4日，在德國圖賓根市有一個物理大會。鮑利 （Wolfgang E.Pauli，1900 - 1958） 讓朋友在會上宣讀了一封他的信，建議說這個“消失的能量”可以用一個新的粒子來解釋。也就是說，中子衰變後，除了質子和電子，還有第三個粒子被製造出來。

在1934年，費米 （Enrico Fermi，1901 - 1954） 覺得這個想法不錯，就把這顆新粒子加進了他的β衰變理論裡，並取名為“中微子” （neutrino） –––來自義大利語，意為“中性的微小粒子”形成了完美的β衰變能量守恆。

如何觀測中微子的存在？

在鮑利猜想後的第26年，中微子終於在1956年被科溫 （Clyde Cowan，1919 - 1974） 和萊因斯 （Frederick Reines，1918 - 1998） 等人用實驗證實。他們用兩個各裝有一百升水的容器作為探測器，發現 從核反應堆裡產生的中微子與容器裡的質子作用，發生β衰變併產生伽馬射線和中子 。

從此以後，各國科學家採取了不同方法對宇宙中的中微子進行觀測。

由於中微子的特性，使得它非常難以直接觀測。首先，人們先要排除宇宙中其它高能射線或粒子流的干擾，如β射線、γ射線等，因此所有中微子觀測實驗室都是建在幾千米深地底下，動輒利用數千噸純水、重水、冰塊或是其他物質作為探測器，期待中微子能夠與探測器內部的原子核發生碰撞，產生出微弱的閃光，再輔之以極其靈敏的感光裝置，探測和記錄每一個來之不易的中微子訊號。這樣的探測裝備自然是要花費大量的人力和物力。在1970年的時候，科學家也實現了首次利用氫氣泡室直接觀測到中微子。

理論計算，科學家發現，中微子的質量很小很小，幾乎接近於0，質量最大也就只有電子質量的百萬分之一；而且它由於顯現的是電中性，所以它又不會參與電磁相互作用；再加上中微子的穿透力極其強，想透過弱力捕捉到它的機率是極其低的，這機率有多低呢？我們來看一個數據：一箇中微子大概要在宇宙中穿行一光年的距離，才有大概二分之一的機率會和這段路徑上的物質發生反應。

所以，想要捕捉中微子的難度可想而知。

SNO 實驗探測裝置

　　圖為實驗人員在超級神岡探測器內部

　　水池中的中微子探測器

而最近一次研究的高能中微子，其“地球之旅”的曝光實際上發生在 2017 年 9 月。

當時，位於南極冰層下方的 IceCube 探測器捕捉到了一個來自深空的中微子，它被科學家命名為 IceCube-170922A。與此同時，另一個繞地球執行的望遠鏡也檢測到了來自同一方向的極高能輻射。

當 IceCube 探測器探測到深空高能中微子的資訊得到確認後，全球範圍內的一大批天文學家都開始著手分析這個中微子留下的資料，嘗試定位它的源頭。整個觀測形成了全球天文界一次聲勢浩蕩的“接力探測”。

科學家們的努力也沒有白費。關於高能中微子來源的可能解釋有中子星、伽馬射線爆發、超新星和某些星系中心的黑洞輻射，而經過聯合觀測加上查閱已有的資料資料，科學家們確定，這個高能中微子源自耀變體 TXS 0506+056 。

4.探索中微子對人類的意義？

由於中微子是一種幾乎沒有質量且不帶電的粒子，它們以光速移動，很少與其他物質發生作用，無論它們走了多遠，其攜帶的最原始的資訊一直得到保留。

關於中微子的研究，也催生了中微子天文學的產生，成為了目前非常前沿和熱門的研究領域。就拿天文學家手裡的武功秘籍宇宙微波背景輻射來說，它其實是宇宙大爆炸的餘熱，在宇宙大爆炸之後，38萬年的時候，才開始在宇宙中傳播。也就是說，透過宇宙微波背景輻射，我們可以知道宇宙38萬年之後的歷史，但前38萬年的歷史，我們是沒辦法知道的，這就可以透過觀測“中微子”來實現。

中微子的觀測能夠讓我們更加了解微觀世界的物理現象，同時幫助我們完善天文學中，恆星，黑洞的相關模型，還能幫助我們掌握更多有關宇宙起源和演化的資訊。

科學家們透過對這樣的中微子進行研究，可以一直追溯至產生它的銀河系外事件，可能還包括宇宙深處最高能的事件。所以說，捕獲（實際不能真的“捕獲”，只是收集中微子撞到探測器時探測器傳回的資料）並研究這類源自太空深處的中微子，對天文工作來說則至關重要。

臺北時間2012年3月8日14時，大亞灣中微子實驗國際合作組發言人王貽芳在北京宣佈，大亞灣中微子實驗發現了一種新的中微子振盪,並測量到其振盪機率，極大地完善了中微子振盪理論，並對進一步理解宇宙物質-反物質不對稱具有重要的指標性意義

中微子目前還存在很多沒搞清楚的問題需要科學家們去解決：為什麼中微子有質量？還有什麼新的基本粒子存在使這一切成為可能呢？這些都是在將來有待解決的問題。隨著這些問題的解決，將真正把粒子物理學帶入第三個千年，並最終超越標準模型。