15 介米!
高能中微子是携带极高能量的中微子,比如那些从遥远深空抵达地球的中微子。中微子是一种不带电、质量也几乎为零的基本粒子。至今没有实验测出中微子的实际大小,因此图中给出的数值并不是测量结果。
该大小对应 15 仄米,也就是 1.5 × 10−20 米。1 仄米等于 10−21 米,也就是一米的十亿分之一的十亿分之一,再取其千分之一。10−21 这种写法表示 1 除以一个 1 后面跟着 21 个零的数。本站并未说明它所指的高能中微子具体带有多少能量,而且无论能量高低,都没有任何实验测量过中微子的大小。
对于夸克,实验至少给出了大小的上限;而对于中微子,物理学家甚至还没有就如何定义其大小达成一致。汇总全球粒子测量数据的粒子数据组(Particle Data Group)列出了一个名为“中微子电荷半径”的量的限值,但也指出这个量的物理意义仍有争议。
目前已经清楚的是,中微子与其他物质发生相互作用的概率极低。中微子只感受四种基本力中的两种:弱力和引力。由于不带电,它不会受到电场力或磁场力的推拉,也感受不到把夸克束缚在一起的强力。
在 2010 年 5 月到 2012 年 5 月之间,IceCube 记录到 28 次高能事件,远超地球大气层中产生的粒子所预期引发的约 11 次。其中能量最高的两次事件各携带约 1 PeV(即 1000 TeV)的能量。2013 年,IceCube 团队报告称,这些事件是来自太空的高能中微子存在的证据。
2023 年 2 月 13 日,位于西西里岛附近地中海海底 3450 米深处的 KM3NeT 中微子望远镜的 ARCA 探测器,记录到一个能量估计约为 220 PeV 的中微子。截至 2026 年,这仍是观测到的能量最高的中微子。这个粒子所携带的能量,大致相当于一个网球从 6 厘米高处落下所具有的能量。
科学家认为,这类中微子来自宇宙中最剧烈的天体环境,比如超大质量黑洞周围和爆炸恒星附近。在那里,被称为宇宙射线的粒子会被加速到极高的能量,并能产生中微子。
中微子是宇宙中第二常见的粒子,仅次于光的粒子——光子。然而它们与其他物质发生相互作用的概率极低,以至于 OpenStax 教材《天文学》(Astronomy)中写道:“对中微子来说,地球比最薄、最洁净的玻璃对光子还要透明。”正因如此,捕捉中微子需要极其庞大的探测装置。
IceCube 和 KM3NeT 分别监测着大范围的冰层和海水。一旦中微子真的撞上了什么,就会产生带电粒子,并发出一种叫做切伦科夫辐射的蓝色微光。传感器记录下这种光,物理学家再据此推算出中微子的方向和能量。