什么地穿过 中微子可以轻松地穿过10亿个地球 宇宙中还有什么天体能阻挡它

宇宙的“大”大到我们无法想象,宇宙的“小”同样精彩。比如在微观世界中,有一种叫做中微子的基本粒子,它的各种表现都能让我们惊叹。
中微子的质量和体积都很小,但它们在宇宙中的数量却极其庞大,最令人惊讶的是中微子的穿透力。事实上,每秒钟有数亿个中微子直接穿过我们的身体,但我们并不知道,也不会受到任何伤害。
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但中微子的穿透能力远不止于此。科学家告诉我们,中微子很容易穿过10亿个地球,因为根据计算机模拟结果,中微子被地球阻挡的概率只有100亿分之一左右。
也就是说,100亿个地球只能勉强挡住一个中微子!显然,我们找不到100亿个地球,更不用说重叠它们了。那么,中微子的穿透力如此之强,宇宙中还有什么天体可以阻挡它呢?
要理解这个问题,首先需要理解原理。

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在微观世界中,电子已经是非常小的基本粒子,但是中微子比电子小。相关数据显示,中微子的质量通常只有电子的几十万倍,有些中微子甚至只有电子的几百万倍。因此,中微子的体积很小,直径通常在米以内,比电子的直径小五个数量级。
除了体积小,中微子还有其他“构型”。强相互作用力和电磁力对它们都没有影响,而且由于质量很小,重力对它的影响基本可以忽略不计。可以看出,在四种基本力中,只有弱相互作用力对中微子有效。
由于弱相互作用力不是长程力,它的作用范围被限制在原子核内的夸克水平,这意味着中微子只有撞击夸克才会被阻止。这有多难?我们继续看。

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上图显示了原子的基本内部结构。从图中可以看出,夸克是已知构成原子核的最小粒子。需要指出的是,上图中的刻度是错误的。事实上,原子的内部相当空宽。有多宽空?我们可以以太阳为例。

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上图是太阳系主要天体的真实比例图。可以看出,地球在太阳面前小得可怜,但如果把原子核和构成太阳的原子中的电子之间的空空间挤掉,太阳的直径就会缩小到10多公里,比地球的直径小1000倍!
然而,即使直径缩小到10公里以上,太阳内部仍然有一个很大的空。研究表明,构成质子和中子的夸克之间的距离通常是夸克直径的数万倍。

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现在我们可以大致描述一下原子中空的度数。如果把中微子比作直径1 cm的球,那么原子按比例就是直径100亿米的球,而夸克就是位于这个巨大球中心的直径1米的球。因此,中微子撞击夸克的概率非常小。
通过以上理解,我们可以清楚地理解中微子为什么具有如此强的穿透力。同时,我们也可以分析出,防止中微子的方法是大幅度增加物质的密度。

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在宇宙中,中子星的密度很高,但由于中微子仍然有很大的空空间可以通过,中微子通过中子星的概率仍然很高。因此,为了有效阻挡中微子,我们需要更高密度的天体。

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