中微子为什么被称为幽灵粒子？中微子本质是什么，它有什么用？

前一段时间，我做了一期中微子的科普。我自以为介绍的已经很详细了，但是评论区还有大量的人说 中微子是什么？依旧搞不懂中微子的本质。

我在那篇文章提到中微子是基本粒子。我万万没想到的是 居然很多人对基本粒子的认知都搞不清。所以本篇文章将从更详细，更基础的知识点入手，保姆式讲解中微子的前生今世。

首先中微子只是一种基本粒子而已，世间万物都是由物质构成的，而物质都是由更小的物质构成，比如分子由原子构成，原子由原子核和电子构成。原子核又由质子和中子构成，中子和质子又由夸克构成。

而夸克在目前的认知来看，已经细分到头了，夸克没有更小的结构了。所以这时候的夸克就被称为基本粒子，基本粒子是构成物质世界的最小单位，基本粒子是一种很模糊的能量场，在基本粒子尺度上，物质全是含糊不清的能量体，没有内部结构，也没有具体的形状和边界。在现代物理学中，基本粒子有61种，而中微子算上其反粒子，一共有6种，所以这六种中微子也就是构成物质的最小单位。

其实中微子并不罕见，太阳就是巨大的中微子发射源，太阳每秒能产生100万亿亿亿亿个中微子。其中有0.000...1%的中微子会穿过你的身体。所以此时此刻，至少有100万亿个中微子穿过你的身体。但这些中微子不会和你体内的原子发生相互作用，所以你也感受不到中微子的存在。这样一来，中微子看起来就和幽灵一样，会轻易穿过人体，而人又感知不到，所以才有传言称中微子是鬼。

既然中微子不能和物质产生相互作用，那它到底有啥用，到底又是怎么发现的。

首先在这里要辟个谣，中微子只是很难和物质发生相互作用，而并非不会发生相互作用，只是概率极低，如果中微子真的不和任何物质相互作用，那我们压根就无法捕捉到它，那江门的中微子实验室就没有必要了。

现在很多营销号说中微子是央妈命名的，但凡稍微翻一翻物理学史，都不可能说出这么无知的话。

中微子早在1930年就被泡利预言了。当时泡利在研究β衰变时发现了一种貌似违背能量守恒的情况。

泡利

因为当原子核中的质子或者中子过多时，原子核结构就很容易躁动，就会发生β衰变来维持原子核的稳定。比如当中子过多时，原子核中的中子会转变成质子，并且释放一个电子，这就是“负β衰变”。

但是泡利很快发现，在负β衰变中，原子核每次释放的电子能量并不相同，有时能量多，而有时能量低。并且每次释放的电子能量，和原子核损失的能量对应不上。这其中好像就有一部分能量消失了。难道说能量守恒定律是错的吗？

而能量守恒定律在物理学中是神圣且不可侵犯的，泡利压根就没有怀疑过能量守恒定律会错。所以泡利直接就推测，在负β衰变中，一定还存在第二种看不见的粒子，在衰变过程中，“消失的能量”肯定是由这个粒子所携带。如果存在这一粒子，那它肯定是电中性的，因为它一旦带电荷，那早就会被电磁探测器捕捉到的。

另外这一粒子也应该不会参与电磁力。因为光子也是电中性，但却会参与电磁力。所以光子也很容易捕捉到。

之所以电磁装置发现不了它，就恰恰证明它是电中性，而且不参与电磁力，与其他物质很难发生互动。

1932年，费米联合泡利将这一粒子命名为中微子。

虽然中微子不参与强力和电磁力，但会参与弱力和引力。通过中微子会参与弱力这一点就可以探测它

1942年，王淦昌首次提出通过电子俘获观测中微子！

在电子俘获中，原子核中的质子直接会捕获核外内层轨道的一个电子，带负电的电子和带正电的质子相遇，就会电荷中和，变成中子。同时能量也会增加，为了保持能量守恒定律，就会将这部分能量转化成“电中微子”，并且释放出去。

直到1956年，人类才首次在实验中观测到中微子的存在。

人类要探测中微子需要考虑两个因素。第一个因素就是屏蔽干扰。

中微子实验室要建在尽可能深的地下。因为在地面上会有各种粒子干扰，导致探测器收集数据时，会混杂其他粒子的影响。反正中微子穿透力十分强，建在地下，既不影响中微子通过，还会屏蔽绝大部分带电粒子。

第二个因素就是增加中微子的数量，地下中微子实验室收集的中微子来源几乎都来自太阳，虽然太阳制造的中微子也不少，但毕竟多多益善，中微子来源越多，探测到它们的可能就越大。在地球上，能主动制造大量中微子的地方也就是核电站了。

事实上，核裂变和聚变的过程都会释放大量的中微子，太阳的中微子大部分都来自核聚变。而地球上能通过核聚变释放中微子的条件也只有氢弹爆炸和可控核聚变装置了，这明显不合适。所以只能转向核裂变。

首先中微子实验室建造在核电站附近就会有大量的中微子源。考虑到中微子振动的极大值一般在50公里到55公里左右。所以中微子实验室应该建造在直线距离核电站50多公里的位置。

江门开平地下中微子实验室的选址则极为精妙。它的西南侧50公里是阳江核电站，东南侧50公里是台山反应堆群。

这两个裂变反应堆距离江门的距离刚好相等，这也会将中微子的振荡，叠加到尽可能最大的值。探测器捕获到的中微子的可能性也会更大。

在江门中微子实验室中。当中微子穿过盛满超纯水的实验装置时，有极小的概率会通过弱力与水分子的原子核发生相互作用。并且释放电子、μ子和τ子，而这三种粒子由于都是电子家族，所以都带负电荷。

τ子由于质量相对较大，很快就衰变了，剩下电子和μ子在水中穿梭时，就会和其他粒子发生电磁作用并且释放光子，发出蓝光，这就是切连科夫辐射，通过周围数万个“光电倍增管”就能放大这种观测效应，继而间接探测到中微子相互作用时的数据，这也算是捕捉到了中微子。

所以说中微子并没有多么神秘，它只是电中性，且不参与电磁力的一种基本粒子而已。