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1 # 媽咪說MommyTalk
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2 # 張雙南
這是一個特別有想象力的問題,答案是:根據現在的已經經過大量實驗檢驗的物理學理論,如果能夠做中微子的雙縫實驗,那麼應該也會觀察到類似電子雙縫干涉實驗的干涉條紋,因為中微子也必然服從波粒二象性原理。
然而,還沒有人做過中微子的雙縫實驗,我也不知道有人計劃做這個實驗,原因是什麼?是因為這個實驗不值得做嗎?我覺得不是。實際上,如果能夠做到這個實驗,我們對於中微子的理解就會有很大的提高,獲得炸藥獎(就是諾貝爾獎)的可能性也不是完全沒有。
如果能夠測量到中微子的雙縫干涉條紋,那麼就直接測量到了它的波長,根據德布羅意波的物質波公式(其正確性已經得到大量的實驗檢驗),波長=普朗克常數/動量。由於干涉條紋的測量非常精確,也就是可以對於中微子的動量測量可以非常精確,這種精確測量有可能對於中微子的理解帶來革命性的進步。
對於中微子的性質我們目前最想知道但是就是還不知道的是什麼?就是質量。我們只知道中微子的質量非常接近於零,但是肯定不等於零,而這就是獲得了諾貝爾物理學獎的中微子振盪(也就是三類中微子會相互轉變,這件事背後的道理超出了這個問題太多,就不在這裡講了)實驗的基本結論。但是迄今為止,對於中微子的質量還沒有直接的測量,甚至我們都還不知道三類中微子的質量誰大誰小,這就是中微子質量的等級問題,是多個下一代(包括中國正在建造的JUNO)中微子實驗的核心科學目標。
如果一開始產生的中微子只有一類(一般情況下一種中微子源只能產生一類中微子),那麼有些中微子在經過雙縫干涉實驗的時候會變成其它的中微子,由於這三類中微子的質量不同,那麼轉換之後的中微子的動量就會有所不同,理想的情況下,實驗就會測量到三種不同的干涉條紋,自然就解決了三類中微子的質量等級問題,拿到諾貝爾物理學獎很可能就是指日可待了。
那麼問題來了,說得這麼好,為什麼目前還沒有人做這樣的實驗?甚至都沒有人試圖做這樣的實驗?是大家不相信量子力學或者不相信中微子的理論?當然都不是!原因就是,這樣的實驗實在是太難了,沒有人知道怎麼才能做到。我們知道,要想做雙縫實驗,你首先得有兩個縫,也就是你所作實驗的粒子(光也可以當成粒子)只能從縫裡透過。對於光線和電子,這都很容易做到,但是對於中微子,由於正如題主所說其穿透力極強(穿過地球都是很輕鬆的),要做兩個縫,那就是很難了,事實上,現在還沒有任何辦法可以做到。
愛較真兒的朋友(我就喜歡你較真兒的樣子,如果不較真兒,還真沒法做科學研究)可能就要問了,既然穿透力這麼強,那怎麼知道中微子存在呢?探測中微子的實驗結果怎麼已經拿了兩次諾貝爾物理學獎了呢?這是極好的問題!儘管中微子穿透力很強,中微子並不是和物質沒有作用,在中微子穿過地球的過程中,還是有極少的中微子和物質發生作用、甚至被“吸收”掉。科學家正是利用這非常微弱的作用來探測中微子,比如在地球的南極、中國的大亞灣和江門,科學家們都在探測中微子(順便得瑟一下,我所在的高能物理研究所正是中國的大亞灣和江門中微子實驗提出和領導單位)。
那麼,既然中微子多多少少會被物質吸收,那就還是能夠做一對不那麼完美的雙縫,儘管大部分中微子都會直接穿過阻擋的物質不產生干涉,總是會有少量的中微子會產生干涉效應,原則上還是有可能觀察到的,只不過這樣的實驗難度和耗資以目前的技術都是難以想象的,也許未來真的可以做到?
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如果結果一樣,只能說明中微子並不能穿透一切物質。如果結果不一樣,說明雙縫實驗不是對所有粒子有意義,那麼量子力學就有問題。有人做過這樣的實驗嗎?
回覆列表
目前為止還不滿足實驗條件,但不能說中微子不滿足干涉。
因為中微子穿透力很強,雙縫干涉實驗的基礎就是讓粒子透過擋板的兩個孔形成干涉,但是對於中微子來說整個擋板都是孔。所以不能滿足雙縫的前提條件。所以尋找能夠捕捉到中微子的粒子是實驗的關鍵,這也正是中微子到上個世紀才被發現的原因。
實際上雙縫干涉試驗中的擋板的作用就在於能夠對粒子形成遮擋,如果是光子模板都可以,對於波長較短的電磁波甚至採用鐵板等。