探测宇宙的探测器要么在地表要么在太空，这一种却深藏在地球内部

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前两天刚写了一篇关于中微子的文章，其中写到中微子虽然在宇宙中大量存在，但却是一种隐身粒子，它很难与其他粒子或事物发生作用，于是很多朋友就很纳闷了，询问说既然中微子不与其他粒子或事物发生作用，那么怎样才能探测到中微子呢？

其实中微子探测的确是非常难做到的事情，因为它实在太小，又太“懒惰”了，中微子是在放射性衰变和核聚变中产生的粒子，通常产生于质子和中子中，质子和中子本身就属于基本粒子，中微子产生于其上，质量当然更小，科学家认为它的质量只是电子的数万甚至数百万分之一，而且它不带电荷，也不与磁力感应，可以说与其他物质之间基本不发生作用，所以虽然他在宇宙之中大量存在，而且基本以光速在宇宙中穿越，但是我们却很难觉察它的存在，每秒钟就有上万亿的中微子穿越过我们的身体，但是我们却对其毫无察觉，来自宇宙中的高能中微子也时刻都在穿越地球，然而地球在它们面前就好像不存在一样，它们可以以光速瞬间穿过，有人计算认为如果想阻挡一束高能中微子，需要用五光年厚的铅板才能完全屏蔽它们。

中微子这一概念于1930年由奥地利科学家泡利提出，直到26年后的1956年才被发现，发现它的美国物理学家莱茵斯还因此获得了诺贝尔物理学奖，并且也开启了中微子物理学。

也正是由于中微子无与伦比的穿透性，使得科学家们想到了独特的测量方法，而我们所在的地球表面，来自于外太空和大气层以及人类活动的各种电磁波基本粒子中微子等相互掺杂不易分辨，所以科学家们别出心裁的把中微子探测器放到了地下、水下或者冰下，那么这样一来，地球表面的光子中子射线等各种粒子就无法进入到这里，因此只剩下了中微子，那么只要我们检测到中微子引发的物理活动，都可以感知中微子的存在了。

其实这也导致了一种十分奇特的现象，就是我们研究宇宙以及宇宙粒子的各种探测器材及望远镜等都在地表甚至在太空中，然而用中微子研究宇宙的探测器却只能深埋于地下，水下或者冰下，只能在地球的内部通过它们研究地球外面的广阔宇宙。

中微子探测器监测原理是这样的，它并非直接观察中微子，因为中微子其实至今都是看不到的，它观察的也是中微子引起的原子的反应，当有中微子撞击到原子核上时，就会引起原子核上的一系列变化，从中就可以预判撞击它的中微子的情况。

很显然，在地球的表面，用这种方法检测中微子是不现实的，因为有很多种基本粒子都可以对原子核内部产生影响，但是在很深的地下、水下或者冰下，那么中微子以外的其他粒子就到达不了，因此就可以判断中微子的活动了。

上世纪60年代初时，美国宾夕法尼亚大学的戴维斯首先为监测地球外中微子做出了贡献，他将整整一节铁路槽罐车的四氯乙烯液体放在1600多米深的一个金矿中，厚厚的岩石覆盖层保护着这节槽罐车，基本只有中微子能到达这里，世代为师就发现了一些来自太阳的中微子穿越槽罐内的四氯乙烯液体，把其中微量氯原子核转变成了氩原子核，由此实验确定了太阳也是一个巨大的中微子发射源，并且他从出现的误差里面发现了中微子可以分为三种，而且它们可以相互转换，戴维斯由此也获得了诺贝尔物理学奖。

后来物理学家们以戴维斯的实验方法为基础并扩大了规模，他们在北美、欧洲和日本的矿井或隧道中建造了几处第二代中微子检测器，用更加有利于检测的超纯水作为中为止的靶体，当中微子穿过这些水的时候，如果有一个与水中的氢或氧原子核发生相互作用，就会产生一种带电粒子，表现为发射出一个锥形的浅蓝色光脉冲，物理学上称为“切伦科夫辐射”，当这种辐射被检测到时，可以从其反应上判断中微子的情况了。

后来科学家们又想到了一个新方法，他们对南极洲几公里厚的冰层打起了主意——在冰层下1450米之下的地方放置中微子探测器，有些探测器的深度达到2500米，科学家们将这一探测器称为“冰立方”，当一颗中微子击中“冰立方”中某个原子核的时候，产生的反应会出现闪光。检测器就把信息传输到地面，科学家们就可以从中分析中微子的特性，并确定它们的能量及其来源。

总之，科学家们已经有越来越多越来越好的中微子研究手段，对它的研究也将对宏观宇宙和微观物理方面的认知都带来深刻的影响。