中微子通信真神奇

華興恒

中微子，是組成自然界的最基本粒子之一。它個(gè)頭小，不帶電，與其他物質(zhì)的相互作用十分微弱，號(hào)稱宇宙里的“隱身人”。

那么，中微子是如何被發(fā)現(xiàn)的呢？

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，科學(xué)家在研究物質(zhì)的β衰變時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常奇怪的現(xiàn)象：β射線能譜是連續(xù)譜，且物質(zhì)發(fā)生β衰變后，總能量減少了。這個(gè)現(xiàn)象有悖于能量守恒定律。

進(jìn)一步研究后，奧地利物理學(xué)家泡利于1930年提出假說：在β衰變過程中，除了電子，還有一種靜止質(zhì)量為零、與物質(zhì)的相互作用極弱以至于極難被探測到的新粒子被放射出去，這種新粒子帶走一部分能量，導(dǎo)致出現(xiàn)了能量虧損。1931年，在一場國際核物理會(huì)議上，泡利將這種新粒子命名為“中微子”。1933年，美籍意大利裔物理學(xué)家費(fèi)米提出β衰變的定量理論，進(jìn)一步完善了泡利的假說，解開了β能譜連續(xù)之謎。

然而，探索中微子存在的蹤跡并不是一帆風(fēng)順的。直到1956年，美國物理學(xué)家萊因斯和柯萬才在實(shí)驗(yàn)中直接觀測到中微子。

從中微子假說的提出到這種粒子真正被發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷了近30年，可見其“芳蹤”難覓。

實(shí)驗(yàn)顯示，中微子質(zhì)量很小，有的小于電子質(zhì)量的百萬分之一。它們充滿了宇宙空間，能自由地穿過人體、墻壁、山脈甚至地球，數(shù)量密度高達(dá)100個(gè)/立方厘米，每秒有1000萬億個(gè)來自太陽的中微子穿過人們的身體。正因?yàn)槿绱?，探究中微子很有意義。

目前，隨著科學(xué)家研究的不斷深入，人們已經(jīng)了解了中微子的許多特性：能以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)；具有極強(qiáng)的穿透力；總是沿著直線傳播，既沒反射、折射現(xiàn)象，也沒散射現(xiàn)象；在傳播過程中，能量損失很少……由于中微子有這些神奇的特性，中微子通信的構(gòu)想和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

中微子通信是一種采用中微子運(yùn)載信息的通信方式。中微子通信過程與微波通信過程相仿，也需要發(fā)射裝置與接收裝置。在發(fā)射端，人們對(duì)中微子束進(jìn)行調(diào)制，使載有信息的中微子束沿著一定方向射向目標(biāo)。它到了接收端后，人們接收它，然后把它所攜帶的信息解調(diào)出來。

中微子通信最突出的優(yōu)點(diǎn)是，它可以沖破地下和水下兩大禁區(qū)，實(shí)現(xiàn)全球無線電通信。由于中微子具有穿透地球的奇特“本領(lǐng)”，人們可以利用它進(jìn)行地球上任意兩點(diǎn)間的通信。中微子通信的突出優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在，它或許能實(shí)現(xiàn)地球與其他星球的星際通信。

如今，科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了中微子通信，但是要實(shí)際應(yīng)用仍然困難重重。如，中微子與物質(zhì)的相互作用非常微弱，人們很難引導(dǎo)中微子束沿著預(yù)定路徑傳播；往中微子束里編碼信息很困難；科學(xué)家可以通過放射性衰變等方式制造中微子，制造它們并不困難，但是要注意做到不危害人類和環(huán)境……

不過，有困難，就有努力的動(dòng)力，全世界科學(xué)家一直在努力。我們完全有理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)中微子的研究將更加深入，它們有望在未來的陸、海、空通信以及星際通信方面“大顯身手”。

除了通信，中微子的應(yīng)用前景很廣闊。如，人們能利用中微子束做地層CTT，也就是用高能中微子束定向照射地層，一層一層地掃描地球，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地球內(nèi)部的勘探。這不僅有利于人們了解地球內(nèi)部構(gòu)造，而且為探測地下礦藏鋪路。