中微子每秒鐘撞擊地球4200億次，為何人類毫無感覺？

中微子可謂是最神奇也是最難發現的微觀粒子了，直到100年前才被科學家們發現，相較於原子，以及原子中的質子、中子、電子等粒子，中微子似乎一直以來都在與人類“捉迷藏”，而且就因為長期找不到它，愛因斯坦提出的質能守恆定律這個物理學領域的重要基礎，差一點被無情地顛覆。中微子被發現之後，它所具有的一個很特殊的性質－強大穿透性，也讓人們瞠目結舌，據監測，人的身體每秒鐘就會有成上萬億顆中微子穿過，那麼為何我們感覺不出來呢？

進入19世紀後，隨著基礎理論的不斷完善和觀測技術的持續發展，現代物理學得到了飛速地提升，不過在19世紀和20世紀，科學家們一直以來都沒有發現中微子。中微子的發現來源於對一個重大定律的“質疑”，那就是愛因斯坦的質能守恆定律。

當科學家們在進行原子的核裂變實驗研究時，總會發現存在著一定的質量虧損，愛因斯坦在質量守恆的基礎上，將物體的質量與能量進行了統一，提出了著名的質能守恆定律，從理論上將質量和能量都看作是描述物體基本屬性的特徵，並定量地表達了它們之間的對應關係，即E＝mc^2，這個定律為人們更加深入地瞭解物體的本質以及運動對時空改變的規律提供了更加深化的認知途徑。

不過，後來科學家們在發現中子以後，對於中子在發生衰變為質子和電子的過程中，觀測到反應前後的質量和能量之和並非準確的對應，而是發生了一定程度的虧損，無論如何消除實驗誤差，這個觀測結果的不對應性一直存在，於是以玻爾為首的量子力學哥本哈根派代表，提出了中子在發生β衰變過程中並不遵循質能守恆定律，對愛因斯坦的質能方程提供了嚴重的質疑。

幸好有另外的科學家比如泡利，一直認為質能守恆定律是正確的，認為出現這種現象的原因應該是某種監測不到的物質帶走了部分質量和能量。隨後，費米在泡利等科學家觀點的基礎之上又進行了深入研究，通過應用量子力學理論，提出了費米子衰變的連續能譜公式，證明了在中子衰變過程中與電子同時產生了另外一種微觀粒子。還有科學家利用K－俘獲原子反衝試驗，也間接證明了中微子是存在的。

在日本神崗的地下，設定了一個儲存5萬噸純水的裝置，專門用來探測中微子，該項研究獲得了2015年諾貝爾物理學獎。2017年，在位於南極的地下，世界上最大的中微子探測器－冰立方，也探測到了中微子的存在。正因為中微子的極難觀測性，科學們家將其形象地稱為“幽靈粒子”。

中微子不同於原子以及原子中的電子，它屬於輕子的一種，在原子結構中並沒有它的一席之地，只有當原子核的結構被打破時，“分散”開的微觀粒子再重新組合成原子時，中微子才會從中“悄無聲息”地出現。根據科學家們的研究，中微子具有以下幾個特殊的性質：

一是與中子既有相同的性質，也有根本性的不同。二者都屬於費米子，都具有二分之一自旋，有很強的自由性，不攜帶任何電荷，這也使得科學家們一度將中微子認為是中子。不過，二者也有明顯的差別，中微子屬於強子，而中子屬於輕子，有相對較大的質量，不在基本粒子的範疇之內。

二是中微子質量極小。構成物質的基本單位是1/2自旋的費米子，包括六種夸克和六種輕子，六種輕子中又包含著三種帶電輕子和三種不帶任何電荷的中微子。在粒子物理標準模型中質量最小的是電子，其數值約為9*10^(-26)克，而中微子的質量（三種中微子質量和）僅為5*10^(-32)克，只是電子質量的百萬分之一。

三是中微子幾乎不參與電磁相互作用。在宇宙的四種基本相互作用力中，力效最大的是強核力，其次是電磁力，第三是弱核力，第四是引力。由於中微子不帶任何電荷，不參與強核力以及電磁力的相互作用，同時由於其質量太過於微小，因此引力對其的作用也是可以忽略不計的，中微子只參與原子核結構發生改變時（比如β衰變）的弱核力作用。

四是中微子會時刻發生著改變。這種改變物理學中稱之為中微子震盪，也就是說無論用哪種先進的觀測方式，都只能觀察到1/3總量的中微子，後來科學家們相繼單獨發現了中微子存在的三種形態，證實了中微子時刻都在發生著3種狀態的互相轉化。

正是基於上述中微子的特性，特別是不參與電磁相互作用，使得它的穿透性極強。我們知道，光線照射到一個物體上，有很大的機率被吸收，只有一部分發生反射和折射等，光子被吸收的主要原因就是參與了電磁作用，所攜帶的能量使得物體原子中的電子處於激發態，然後能量回落的過程中釋放出相應的能量，從而轉化為熱能。

中微子由於不帶任何電荷、沒有磁矩，再加上它的高度自由性，使得在行進的過程中基本不受外界的干擾而一直前進。另外，無論是地球、還是人體都是由原子所構成，而原子核與電子之間又擁有相對“空曠”的空間，這個空間的距離足以使速度極快、自由度極高、“惰性”十足的中微子穿過，而且還基本不受原子核中弱核力的影響。

據科學家推測，每一百億顆中微子在穿透物體原子的過程中，才可能會有1顆被吸收，由於其所攜帶的能量極低，所在即使被身體吸收，我們也察覺不出來，大部分中微子在身體裡都像走個“過場”瞬間穿過。即使是地球這樣的龐然大物，中微子穿透它也只需要0.02秒的時間。

中微子每秒撞擊地球4200億次，生活在地球上的人類卻毫無感覺，主要原因是中微子太小了，從人體組織中的原子分子的間隙漏過去了，根本無法與人體組織進行作用，無法引起人體感覺神經末梢的反應。

輻射的具有隱蔽性

圖釋：貝塔衰變釋放中微子

圖釋：日本神崗中微子探測器

中微子

中微子是出了名的難找，這種粒子讓許多科學家吃盡了苦頭。要知道，同樣是粒子，電子在19世紀末，就被湯姆遜找到了。

但是直到21世紀初，科學家才把三種中微子都找全。那為什麼中微子這麼難找？

我覺得總結下來，一共有3點：

我們一點一點聊：

我們現在知道中微子一共有三種，我們把這稱為“三味”，2019年7月，3-D MegaZ DR7星系研究組曾發表他們測定的三味中微子的質量只和的上限是0.28 eV/c^2；

到了2013年，又有一個科學小組釋出了他們的測定質量是0.23 eV/c^2；

到了2014年，基於普朗克衛星對於宇宙微波背景輻射的測定結果，這個數值改到估值為0.320 ± 0.081 eV/c^2。

這是個什麼概念呢？

我們先在理解一下什麼是eV/c^2，這裡eV其實是電子伏，是能量單位。在愛因斯坦的狹義相對論中，有一部分內容是質能等價，說的是質量和能量其實是一回事，它們之間是有對應關係的，可以通過質能方程E=mc^2來進行換算，如果我們簡單的移項，就會得到m=E/c^2，看到了吧？這裡的E/c^2就和上面中微子的質量後半部分是一樣的。

我們說回到質量，在粒子物理標準模型當中，在輕子中，除了中微子之外，最輕的就是電子了，它的質量大概是0.511 MeV/c^2，這裡M指的是兆，其實也就是英文million的意思，意思是百萬，也就是代表10^6。

我們把它們的質量單位統一一下，再來比較一下：

三味中微子的質量只和：0.320 ± 0.081 eV/c^2。

電子的質量：5.11*10^5 eV/c^2。

這回感受到了吧？這差出了6個數量級。

正是因為中微子質量實在太小，上世紀30年代左右，物理學家一直找不到它，但是他們發現，β衰變前後（也就是中子發生衰變，生成質子+電子+中微子，但是當時他們在產物沒有找到中微子），咋出現了質量的缺失，就是找不到缺失的是什麼。

為此，尼爾斯·波爾，量子力學哥本哈根學派的領袖，一生多次挫敗愛因斯坦的物理學大神，甚至要放棄能量守恆定律。

在自然界中，存在著四種相互作用，強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用、引力。這四種相互作用是有作用範圍和強度區別的。

其中強相互作用是最強的，但作用範圍只有10^-15，只限於原子核的尺寸，電磁相互作用的強度僅次於強相互作用，弱相互作用屬於比較弱的，排行老三，作用範圍比強相互作用還要小。而引力則是強度最小的，我們之所以能夠明顯感受到引力，主要還是宇宙中的天體夠大。

你拿一個磁鐵就拿吸起來一個曲別針，其實這就說明，一個磁鐵對於曲別針的電磁相互作用就強於地球對於曲別針的引力。

而中微子其實很特別，它首先不參與強相互作用。更重要的是它顯示出電中性，不參與電磁相互作用，當然由於質量微乎其微，引力對於它的作用效果同樣可以忽略不計的，所以中微子最大的特點就是隻參與弱相互作用。

那這會帶來什麼問題呢？

我們都知道光子吧？光子撞到物質上消失了是因為什麼呢？說白了，電子就是被吸收了，這其實就是電磁相互作用的結果。不參與電磁相互作用，意味著中微子可以非常隨著地穿過原子，畢竟原子核只佔原子1%都不到的空間，原子幾乎可以視為空心的。而且即使中微子穿過原子核，也不一定會發生弱相互作用，而只是有一點概率會發生。

因此，中微子的穿透力特別強，我們的身體每時每刻都會穿過10萬億個中微子，但我們根本察覺不到。甚至有研究表明，中微子在宇宙中飛行1光年的距離，才有50%的概率會和這個路徑上的物質發生反應。和中微子有類似效果的其實就是暗物質，也是不參與電磁相互作用和強相互作用，也是屬於那種穿過你的身體，但你毫無察覺的東西。

中微子不好找還有一個特別關鍵的情況，那就是中微子振盪。早期科學家觀測太陽中微子，但是不管咋觀測，都只觀測到1/3的中微子，當然，當時只發現了一種中微子也就是電子中微子。後來，科學家陸續發現了另外兩種中微子之後，才知道，原來三種中微子之間會互相轉換。也就是說，電子中微子可能飛著飛著就變成了τ子中微子了在，這種神奇的事情也就只發生在中微子身上。

正是基於這三點，中微子特別難找到，並且顯示出極其強大的穿透力，讓我們很難感知到。科學家為了觀測到中微子，可以說是費勁心機，一般這些觀測實驗室都要建在地下數百米甚至千米，這樣才能排除宇宙射線的干擾，然後就是備足足夠的純水以及精密的實驗裝置，日本神岡中微子探測器就儲存著5萬噸純水，這就是用來觀測中微子的。

中微子是一種不帶電的最基本的粒子，在很長一段時間內科學家曾以為這種粒子沒有質量，認為它是以光速穿過人體、地球。直到1998年日本科學家梶田隆章發現了中微子振盪，中微子振盪意味著中微子的質量不為零，它的速度就不可能達到光速。梶田隆章因此獲得了2015年的諾貝爾物理學獎。

在粒子物理學“盛宴已過”的當今，對中微子的研究可謂是粒子物理學的最前沿，並且仍然有很多重要問題有待解決。比如幾種中微子的質量分別是多少？這種問題是最根本的問題，有助於人類認識暗物質、暗能量、宇宙的起源與發展等。

中微子在宇宙中的數量僅次於光子，光子很容易被人體或其他物質吸收，而中微子幾乎不會與任何物質發生作用。在你讀到這句話的時候就有數以億計的中微子穿過你的身體，而你卻毫無察覺。因此中微子有了一個綽號叫“幽靈粒子”。

即使用如此的龐然大物去守株待兔，可能也需要以年為單位的時間才能捕獲到幾個有用的訊號。說得通俗一些，這幾個訊號就有可能讓科學家拿到諾貝爾獎。可惜人的身體不能當作探測中微子的感測器，不然的話那就成了諾貝爾獎級別的事件發生在你身上，你卻渾然不覺。

在你身體的每平方釐米上，每秒鐘大約有1000億個中微子穿過。中微子號稱幽靈粒子，是粒子物理學中最神祕的粒子，在上世紀，科學家發現物質的β衰變過程，衰變前後不遵循動量守恆和能量守恆；為了解釋這一奇怪現象，在1930年，物理學家泡利提出了一種微小的不帶電粒子，也就是現在稱作的中微子。20多年後，科學家才用實驗證實了中微子的存在，實驗原理是：在核反應堆中的物質，通過β衰變生成反中微子，然後反中微子和質子發生作用，生成中子和正電子；只有證明兩個反應之間存在直接聯絡，就說明有一種未知粒子傳遞了能量和動量，該實驗的科學家也因此獲得1995年諾貝爾物理學獎。中微子不帶電，所以不參與電磁相互作用，質量大約只有電子的千萬分之一，所以中微子的萬有引力作用非常弱，而且中微子不參與強相互作用。檢測中微子唯一的手段，就是利用中微子參與弱相互作用，然後產生其他粒子來間接探測；可是弱相互作用在10^-18米（比質子直徑還小1000倍）尺度有效，以至於中微子的穿透能力非常強，極難進行探測。在太陽內部進行的核聚變反應，就有大量的中微子生成，比如氕核的聚變方程為：1H+1H→2D+e(+)+v，ΔE=1.442MeV；其中v就是中微子，太陽產生的中微子最終會到達地球，據估計，每秒鐘有1000萬億個中微子穿過人體，哪怕是在晚上也不例外，因為中微子可以輕鬆穿過地球，目前圍繞中微子還存在很多謎團，比如質量之謎、速度之謎、中微子震盪之謎等等；或許有關中微子的問題，能解決現在天文學中的暗能量和暗物質謎團，以及揭示宇宙的演化過程。

我的回答很直接的，大家不要罵我哈。

一滴雨的質量平均在2～6克，是你微子的多少倍（搞忘了），那下暴雨的時候成千上萬的雨水從萬米高空落下來，你咋還是沒多大點事呢？

鎧甲勇士，變身→_→