科學(xué)家通過測定來自地幔物質(zhì)發(fā)射的反中微子，測定了地球產(chǎn)生的熱量并確認地球形成于原始太陽物質(zhì)。
反中微子屬于反物質(zhì)（antimatter），是基本粒子的一種，它能夠幾乎毫無阻礙地貫穿地球。每一種粒子都有對應(yīng)的反粒子，質(zhì)量相等、電荷相反。當(dāng)粒子與反粒子相遇時，它們就會彼此發(fā)生湮滅。
當(dāng)?shù)厍蛐纬傻臅r候，放射性元素釷和鈾等分布于地幔當(dāng)中。當(dāng)這些元素發(fā)生放射性衰變時，伴隨有熱量和亞原子粒子——反中微子的釋放。放射性元素衰變釋放的熱量是驅(qū)動地幔物質(zhì)運動的動力，進而也造成了地球各大板塊的運動，導(dǎo)致地震的發(fā)生。
因為地幔位于地表之下幾十英里的地方，所以如果想了解放射性元素衰變產(chǎn)生了多少熱量，唯一的方法就是測定由此產(chǎn)生的中微子數(shù)量。為了探測中微子，科學(xué)家在意大利大薩索山（Gran Sasso）地下實驗室放置了大量的油性閃爍液。當(dāng)反中微子進入液體與質(zhì)子發(fā)生碰撞的時候，就會產(chǎn)生一顆正電子和一顆中子，從而產(chǎn)生明顯的特征信號。
實際上，科學(xué)家所探測到的反中微子大多來自于核電站的核反應(yīng)堆，但可以通過測定中微子的能量水平，來區(qū)別反中微子的來源。當(dāng)放射性元素釷和鈾發(fā)生衰變的時候，就會放射出反中微子和一定的熱量，因此探測到的反中微子數(shù)量越多，就越說明地球本身產(chǎn)生的熱量越多。這還可以幫助地理學(xué)家優(yōu)化板塊運動理論。
中微子的發(fā)現(xiàn)歷程
發(fā)現(xiàn)
中微子的發(fā)現(xiàn)來自19世紀(jì)末20世紀(jì)初對放射性的研究。研究者發(fā)現(xiàn)，在量子世界中，能量的吸收和發(fā)射是不連續(xù)的。不僅原子的光譜是不連續(xù)的，而且原子核中放出的阿爾法射線和伽馬射線也是不連續(xù)的。這是由于原子核在不同能級間躍遷時釋放的，是符合量子世界的規(guī)律的。奇怪的是，物質(zhì)在β衰變過程中釋放出的由電子組成的β射線的能譜卻是連續(xù)的，而且電子只帶走了它應(yīng)該帶走的能量的一部分，還有一部分能量失蹤了。物理學(xué)上著名的哥本哈根學(xué)派鼻祖尼爾斯·玻爾據(jù)此認為，β衰變過程中能量守恒定律失效。
1930年，奧地利物理學(xué)家泡利提出了一個假說，認為在β衰變過程中，除了電子之外，同時還有一種靜止質(zhì)量為零、電中性、與光子有所不同的新粒子放射出去，帶走了另一部分能量，因此出現(xiàn)了能量虧損。這種粒子與物質(zhì)的相互作用極弱，以至儀器很難探測得到。未知粒子、電子和反沖核的能量總和是一個確定值，能量守恒仍然成立，只是這種未知粒子與電子之間能量分配比例可以變化而已。1931年春，國際核物理會議在羅馬召開，與會者中有海森堡、泡利、居里夫人等，泡利在會上提出了這一理論。當(dāng)時泡利將這種粒子命名為“中子”，最初他以為這種粒子原來就存在于原子核中，1931年，泡利在美國物理學(xué)會的一場討論會中提出，這種粒子不是原來就存在于原子核中，而是衰變產(chǎn)生的。泡利預(yù)言的這個竊走能量的“小偷”就是中微子。1932年真正的中子被發(fā)現(xiàn)后，意大利物理學(xué)家費米將泡利的“中子”正名為“中微子”。
1933年，意大利物理學(xué)家費米提出了β衰變的定量理論，指出自然界中除了已知的引力和電磁力以外，還有第三種相互作用—弱相互作用。β衰變就是核內(nèi)一個中子通過弱相互作用衰變成一個電子、一個質(zhì)子和一個中微子。他的理論定量地描述了β射線能譜連續(xù)和β衰變半衰期的規(guī)律，β能譜連續(xù)之謎終于解開了。
1956年美國物理學(xué)家柯萬（Cowan）和萊因斯（Reines）等第一次通過實驗直接探測到了中微子[2] 。他們的實驗實際上探測的是核反應(yīng)堆貝塔衰變發(fā)射的電子反中微子，該電子反中微子與氫原子核（即質(zhì)子）發(fā)生反貝塔衰變，在探測器里形成有特定強度和時間關(guān)聯(lián)的快、慢信號，從而實現(xiàn)對中微子的觀測。
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