微中子與振盪
微中子的弱交互作用(neutrino weak interaction)
為什麼微中子如此難以捕捉?答案是:它只能通過一條渠道與世界其餘部分交流——弱交互作用——而這條渠道窄得出奇。帶電粒子可以通過電磁作用彼此碰撞,夸克被強交互作用緊緊束縛,而微中子兩者都感受不到。弱交互作用是它抓住現實的唯一把手,而弱交互作用只在短得令人難以置信的距離上起作用,強度還很微弱。
具體來說,當微中子真的發生作用時,它是通過交換一個 W 或 Z 玻色子來實現的——這是弱交互作用沉重的傳遞者。在帶電流事件中,它交換一個 W 玻色子,並變成與它配對的帶電輕子:比如一個電子微中子撞上一個中子,出來時變成了一個電子。在中性流事件中,它交換一個 Z 玻色子,只是輕輕推了一把,反衝一下而身份不變。無論哪種方式,這種交換都很罕見,因為 W 和 Z 太重,只能存在轉瞬之間,使得這種力的有效作用範圍只有質子大小的約千分之一。
這種近乎隱形的特性既是詛咒,也是恩賜。說它是詛咒,是因為探測微中子需要巨大的靶子——裝著數千噸水或液體的大罐——還要有耐心等待那寥寥幾個發生作用的微中子。說它是恩賜,是因為一個幾乎對一切都視而不見的粒子,能把最緻密、最劇烈的宇宙深處的原始資訊原封不動地帶出來。正是這種把微中子藏起來的微弱,使它們成為來自恆星核心和超新星的獨一無二的信使。
在一個巨大的水罐裡,到來的緲子微中子偶爾會與一個原子核交換一個 W 玻色子,踢出一個緲子;這個緲子跑得比光在水中的速度還快,留下一圈淡淡的藍色契忍可夫輝光錐,被探測器的光感測器記錄下來。
一次弱交互作用碰撞,把一個看不見的微中子變成了可偵測的緲子。
能量更高的微中子比低能的微中子稍微容易發生作用,所以「一光年厚的鉛牆」只是對典型反應爐或太陽微中子的形象說法,並非放之四海皆準的精確數字。
又稱
另見