據(jù)美國趣味科學網(wǎng)站3月2日報道，飛船發(fā)射升空，賽車在賽道上飛馳，獵豹飛奔向獵物——在我們的地球上，有許許多多以高速見長的事物。
地球上最快的物質(zhì)是什么？答案取決于你如何定義“物質(zhì)”和“地球上”。一些速度最快的物質(zhì)，如中微子和光子，是無法用肉眼看到的。
最容易想到的答案是光。光在真空中的傳播速度高達每秒30萬千米。我們所知道的宇宙中的任何物質(zhì)都無法超過這一速度。
不過，光是物質(zhì)嗎？物理學家對此并不完全認同。有人說不是，因為光沒有質(zhì)量。其他人認為是——由于量子力學的奇特之處，光既是波，也是粒子。大多數(shù)物理學家都認為粒子是物質(zhì)。
美國猶他大學物理學家約翰·馬修斯說，在太空的真空環(huán)境中，這些被稱為光子的粒子是速度最快的。
在地球上，情況更復雜一些，除非你身處一個真空房間。光子一旦到達地球大氣層，就會稍稍放慢速度。在一些情況下，可能存在速度比它還快的競爭者。馬修斯說，這是因為并非所有粒子都會像光子那樣被大氣層減緩速度。
馬修斯的團隊探測到了超高能宇宙射線發(fā)射的幾種高速粒子。其中一種被稱為“天啊粒子”，是他的同事在1991年探測到的，科學家至今仍無法確定這種高能宇宙射線來自哪里。
這些粒子一開始在真空中以極其接近光速的速度傳播。但馬修斯說，當它們撞擊地球大氣層時，“它們的性質(zhì)決定了它們會繼續(xù)高速前進。所以它們在大氣層中的傳播速度會超過光速”。
這使“天啊粒子”成為地球上有質(zhì)量的、速度最快的物質(zhì)之一，但它們并非排名第一。美國威斯康星大學麥迪遜分校粒子物理學家賈斯廷·范登布魯克說，中微子才是第一名。
“天啊粒子”很可能是一種質(zhì)子，或者至少類似質(zhì)子的物質(zhì)——它比普通的亞原子粒子大很多。中微子的質(zhì)量至少是質(zhì)子質(zhì)量的100億分之一，因此按照物理學基本規(guī)律，如果獲得同樣多的能量，它可以更快的速度前進。
盡管中微子在理論上可以很快移動，但在實踐中卻很難追蹤它們。范登布魯克說：“中微子以害羞著稱。”
在南極進行的一項名為“冰立方”的長期實驗中，物理學家將探測器放置在一個體積為1立方千米的冰塊內(nèi)，希望找到高能中微子。在冰塊內(nèi)部，擁有足夠多能量的中微子的移動速度可以比光更快。當高能中微子與冰塊中的一個原子核發(fā)生碰撞時，它可以產(chǎn)生帶電的亞原子粒子，其速度也比光速快。這些快速的粒子發(fā)出被稱為契倫科夫輻射的閃光，讓中微子可以被間接探測到。
2016年，該項目科學家探測到了迄今發(fā)現(xiàn)的能量最高的中微子。
美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室物理學家比爾·路易斯說：“據(jù)我們所知，這是目前發(fā)現(xiàn)的最快的粒子。”任何有質(zhì)量的粒子都無法達到光在真空中的傳播速度，但如果它的質(zhì)量很輕，而且能量極大，那么它可以非常接近光速。
有多么接近呢？范登布魯克用9這個數(shù)字來幫助人們理解物質(zhì)的速度。如果一種物質(zhì)以99.99%的光速移動，可以說它有4個9。范登布魯克說，2016年探測到的超高速中微子有33個9。根據(jù)他的計算，“天啊粒子”可能有20至24個9。這種粒子的能量更大，但質(zhì)量也更大。
相比之下，人造粒子加速器(如歐洲核子研究中心的大型強子對撞機)產(chǎn)生的粒子的最快速度，只有7個9。
范登布魯克說，這些創(chuàng)紀錄的超高速粒子“是宇宙中的天然粒子加速器產(chǎn)生的，我們不知道它們是如何運作的，但這確實告訴我們，與人類相比，自然的力量是多么驚人”。
2020年12月12日，在深圳大亞灣核電基地，參與我國第一代中微子實驗裝置退役儀式的嘉賓拍攝中微子探測器模型。（新華社）
據(jù)美國趣味科學網(wǎng)站3月2日報道，飛船發(fā)射升空，賽車在賽道上飛馳，獵豹飛奔向獵物——在我們的地球上，有許許多多以高速見長的事物。
地球上最快的物質(zhì)是什么？答案取決于你如何定義“物質(zhì)”和“地球上”。一些速度最快的物質(zhì)，如中微子和光子，是無法用肉眼看到的。
最容易想到的答案是光。光在真空中的傳播速度高達每秒30萬千米。我們所知道的宇宙中的任何物質(zhì)都無法超過這一速度。
不過，光是物質(zhì)嗎？物理學家對此并不完全認同。有人說不是，因為光沒有質(zhì)量。其他人認為是——由于量子力學的奇特之處，光既是波，也是粒子。大多數(shù)物理學家都認為粒子是物質(zhì)。
美國猶他大學物理學家約翰·馬修斯說，在太空的真空環(huán)境中，這些被稱為光子的粒子是速度最快的。
在地球上，情況更復雜一些，除非你身處一個真空房間。光子一旦到達地球大氣層，就會稍稍放慢速度。在一些情況下，可能存在速度比它還快的競爭者。馬修斯說，這是因為并非所有粒子都會像光子那樣被大氣層減緩速度。
馬修斯的團隊探測到了超高能宇宙射線發(fā)射的幾種高速粒子。其中一種被稱為“天啊粒子”，是他的同事在1991年探測到的，科學家至今仍無法確定這種高能宇宙射線來自哪里。
這些粒子一開始在真空中以極其接近光速的速度傳播。但馬修斯說，當它們撞擊地球大氣層時，“它們的性質(zhì)決定了它們會繼續(xù)高速前進。所以它們在大氣層中的傳播速度會超過光速”。
這使“天啊粒子”成為地球上有質(zhì)量的、速度最快的物質(zhì)之一，但它們并非排名第一。美國威斯康星大學麥迪遜分校粒子物理學家賈斯廷·范登布魯克說，中微子才是第一名。
“天啊粒子”很可能是一種質(zhì)子，或者至少類似質(zhì)子的物質(zhì)——它比普通的亞原子粒子大很多。中微子的質(zhì)量至少是質(zhì)子質(zhì)量的100億分之一，因此按照物理學基本規(guī)律，如果獲得同樣多的能量，它可以更快的速度前進。
盡管中微子在理論上可以很快移動，但在實踐中卻很難追蹤它們。范登布魯克說：“中微子以害羞著稱。”
在南極進行的一項名為“冰立方”的長期實驗中，物理學家將探測器放置在一個體積為1立方千米的冰塊內(nèi)，希望找到高能中微子。在冰塊內(nèi)部，擁有足夠多能量的中微子的移動速度可以比光更快。當高能中微子與冰塊中的一個原子核發(fā)生碰撞時，它可以產(chǎn)生帶電的亞原子粒子，其速度也比光速快。這些快速的粒子發(fā)出被稱為契倫科夫輻射的閃光，讓中微子可以被間接探測到。
2016年，該項目科學家探測到了迄今發(fā)現(xiàn)的能量最高的中微子。
美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室物理學家比爾·路易斯說：“據(jù)我們所知，這是目前發(fā)現(xiàn)的最快的粒子。”任何有質(zhì)量的粒子都無法達到光在真空中的傳播速度，但如果它的質(zhì)量很輕，而且能量極大，那么它可以非常接近光速。
有多么接近呢？范登布魯克用9這個數(shù)字來幫助人們理解物質(zhì)的速度。如果一種物質(zhì)以99.99%的光速移動，可以說它有4個9。范登布魯克說，2016年探測到的超高速中微子有33個9。根據(jù)他的計算，“天啊粒子”可能有20至24個9。這種粒子的能量更大，但質(zhì)量也更大。
相比之下，人造粒子加速器(如歐洲核子研究中心的大型強子對撞機)產(chǎn)生的粒子的最快速度，只有7個9。
范登布魯克說，這些創(chuàng)紀錄的超高速粒子“是宇宙中的天然粒子加速器產(chǎn)生的，我們不知道它們是如何運作的，但這確實告訴我們，與人類相比，自然的力量是多么驚人”。
2020年12月12日，在深圳大亞灣核電基地，參與我國第一代中微子實驗裝置退役儀式的嘉賓拍攝中微子探測器模型。（新華社）
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