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它从太阳核心来，每秒钟数万亿粒子穿过你的身体，终于被人类发现

_本文原始标题：它从太阳核心来 ， 每秒钟数万亿粒子穿过你的身体 ， 终于被人类发现
当你刚刚开始看这篇文章的时候 ， 已经有数万亿颗中微子从你的身体中穿过 ， 而你却全然不知 。
它从太阳核心来，每秒钟数万亿粒子穿过你的身体，终于被人类发现
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（图片说明：没有人知道中微子到底是什么样的 ， 但它和宇宙的命运息息相关）
“永远也找不到”的粒子
中微子是宇宙中最神秘的粒子之一 ， 它不与我们已知的其他任何粒子有明显的相互作用 ， 因此我们想要检测它非常困难 。 而且它体积和质量都极小 ， 所以即使从你的身体中穿过去 ， 也不会给你带来任何的伤害和感受 。 别说是你 ， 连地球都会被它穿透 。
正是由于这样的性质 ， 当著名物理学家泡利在预言这个粒子的时候都自信地说：人类可能永远也找不到这种粒子 。 不过 ， 最终物理学家们还是通过他们的才智 ， 发现了这种粒子 。
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（图片说明：泡利声称中微子不可能被发现 ， 但是临终前两年被“打脸”）
【它从太阳核心来，每秒钟数万亿粒子穿过你的身体，终于被人类发现】这数万亿个中微子中 ， 有一些来自于宇宙以及我们建立的核电站 ， 但绝大部分都来自于我们头顶上的太阳 ， 它在进行核聚变的过程中会释放出巨量的中微子 。 关于太阳中微子的检测 ， 科学家们已经进行了许多年 ， 并且成功地检测到了它们的存在 。 不过此前检测到的太阳中微子 ， 只是其中一种“配方” 。 最近 ， 在意大利从事Borexino实验的科学家们经过多次的努力 ， 终于捕获到了第二种“配方”的中微子 。
碳氮氧循环
这个“配方” ， 物理学家们称之为CNO 。 所谓的CNO ， 指的是太阳的碳-氮-氧循环（三个元素的符号） 。 碳氮氧循环也叫贝斯-魏茨泽克-循环 ， 是恒星核心处将氢转换成氦的两种过程之一（另一个就是我们熟知的核聚变） 。 这个循环通常发生在太阳或者比太阳更小的恒星中 ， 其反应过程如下：
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（图片说明：碳氮氧循环反应方程式）
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（图片说明：碳氮氧循环示意图）
当我们将这些方程式“叠加”在一起就会发现 ， 它的本质就是4个质子最终转化成一个α粒子（氦原子核）、2个正电子（与电子湮灭 ， 以γ射线的形式释放出能量）以及2个中微子 ， 碳、氮、氧都是起到催化剂的作用 。 在太阳的核心处 ， 大约有1.7%的4氦核是通过这个循环合成的 。 另外 ， 还有0.04%来自于特殊形式的碳氮氧循环 。
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（图片说明：特殊形式的碳氮氧循环）
中微子本就难以探测 ， 而CNO中微子更是容易混杂在其他中微子中 ， 所以人类始终只闻其名 ， 不见其真容 。 科学家为了寻找这个循环的证据已经努力了几十年 ， 如今终于有所收获 。
来自意大利米兰国家核物理研究所的物理学家GioacchinoRanucci指出：“利用这个结果 ， Borexino终于完全揭开了为太阳提供能源的两个过程的秘密 。 ”
Borexino实验
CNO中微子之所以难以发现 ， 就在于我们很难将它和太阳释放的其他中微子区分开来 。
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（图片说明：Borexino实验的主体设备）
为此 ， Borexino的科学家们设计了一套非常复杂的实验设备 。 简单来说 ， 它的主体是一个巨大的不锈钢球 ， 并且在其中装入偏三甲苯（pseudocumene）作为闪烁溶剂 。 当中微子在偏三甲苯中穿越的时候 ， 会出现非常微弱的闪烁现象 ， 证明它的存在 。 为了屏蔽掉其他的宇宙粒子 ， 他们将这套设备置于水箱之中 ， 并且整个实验室都建立在深深的地下 。
即便如此 ， 中微子的现象也不是那么容易捕捉 。 我们刚才说了 ， 中微子几乎不与其他粒子发生反应 。 由于原子的绝大部分空间都是空的 ， 原子核和电子只占了极小的位置 ， 所以中微子可以轻松穿越一颗原子 。 它们只有10^-46平方厘米的小窗口内通过 ， 才有希望撼动原子核 。
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（图片说明：Borexino是世界上最好的中微子探测实验之一）
好在中微子是宇宙中含量第二多的粒子 ， 所以平均下来每天也有那么几十个中微子会足够靠近原子核 ， 然后被我们发现 。
而Borexino实验则对溶剂进行了长达数年的微调 ， 使其能够剔除掉具有特定冲击力的（即质子-质子链反应过程产生的）中微子 ， 最终专注于观察其他核反应过程中产生的中微子 。
早在2007年的时候 ， 他们就已经检测到了铍-7和硼-8等同位素的生产 ， 让现代物理标准模型进一步完善 。 而这一次 ， 他们实现了对后面元素的检测 ， 证实了太阳内部的碳氮氧循环 。 他们介绍说 ， 地球上每平方厘米的面积上 ， 每秒钟就有大约7亿个CNO中微子穿过 。
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（图片说明：图中密密麻麻的都是光电倍增管 ， 当中微子被检测到时 ， 它们会产生电信号提醒科学家）
一石激起千层浪
虽然这次研究只是在中微子2020网络会议上有所介绍 ， 其细节还没有经过同行评审 ， 但是此消息一经公布 ， 就迅速吸引了物理学家们的浓厚兴趣 。
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（图片说明：Borexino实验可以同时统计太阳核心多种核反应过程释放的中微子）
来自澳大利亚国立大学的粒子物理学家LindseyBignell虽然没有参与本次研究 ， 但是他一直在密切地关注着同行们的工作 。 他指出：“Borexino合作项目的探测结果代表了一个英雄式的成就巅峰 ， 他们将背景中的干扰消除了足够的程度 ， 最终探测到了CNO中微子 。 这些结果对于我们来说至关重要 ， 还有望解决太阳内部金属元素的问题 。 ”
说起来的确有点奇怪 ， 但是我们对于太阳的金属元素含量了解确实比较有限 ， 当我们用两种方法进行探测的时候 ， 两个结果相差达到了28% 。 科学家们寄希望于通过CNO中微子能够采用第三种方法进行计算 ， 告诉我们到底哪一个数据是正确的（当然 ， 也不排除得到第三种结果的尴尬可能性） 。
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（图片说明：Borexino也可以测量地球核心处放射性元素衰变时释放的中微子）
我们需要利用CNO中微子确定太阳内部的碳、氮、氧元素的含量 ， 这对于我们理解太阳的形成和演化来说非常有帮助 。 在比太阳更重的恒星中 ， 碳氮氧循环过程发生得更加频繁 ， 但是在能够近距离探测它们之前 ， 我们只能通过太阳的CNO中微子了解这些恒星的演化历程 。 更重要的是 ， 中微子还牵连着整个宇宙的命运 。
总结
除了上面说的两种核聚变之外 ， 太阳核心处还有很多种形式的核聚变反应 ， 比如pep反应、Hep反应等等 。 我们不可能真的进入太阳内部进行探测 ， 所以中微子就成为了我们研究太阳内部核反应的重要工具 。
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（图片说明：我国的江门中微子实验）
同时 ， 中微子也和宇宙的命运有着密切的关系 。 有些科学家认为 ， 中微子是暗物质的最有希望候选者 。 与此同时 ， 中微子也是解释为何宇宙中物质比反物质多的一把钥匙 。 因此 ， 中微子的研究也成为了世界各国物理学家的重点观测对象 。 在我国也有许多中微子实验 ， 正在揭秘这个特殊的粒子 ， 相信宇宙的真面目正在一点点向我们展现 ，


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