每一天的每時(shí)每刻，有數(shù)億、數(shù)十億的中微子快速地穿越了每個(gè)人的身體，人們卻絲毫沒有感覺到“身體欠安”，宇宙學(xué)家相信，太空中密密麻麻的中微子不會(huì)對(duì)人們的身體產(chǎn)生任何傷害，而在太空彌散飛舞的亞原子粒子——中微子被認(rèn)為來源于宇宙大爆炸的時(shí)刻，主要不是來自于太陽(yáng)恒星或其它的中微子源?？茖W(xué)家期待在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證一個(gè)事實(shí)，中微子主要來源于宇宙誕生的“原點(diǎn)”時(shí)刻，物理實(shí)驗(yàn)的成果將會(huì)奠定早期宇宙學(xué)和中微子物理學(xué)的基礎(chǔ)，然而，科學(xué)探索沒有請(qǐng)客吃飯或做文章那么容易。

如何解釋中微子的特性？它們的運(yùn)動(dòng)軌跡幾乎不受任何物體的阻擋，如同暗物質(zhì)粒子一般“神出鬼沒”地穿行在宇宙太空。中微子輕易地穿透了一光年厚的鐵板，它們?cè)阼F板內(nèi)自由地穿行，好似在空曠的真空自由流動(dòng)。普林斯頓大學(xué)設(shè)立了普林斯頓等離子體物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室(PPPL)，物理學(xué)家克里斯·塔利帶領(lǐng)了一支科學(xué)團(tuán)隊(duì)，他們?cè)O(shè)定了中微子搜索的科學(xué)目標(biāo)，以探測(cè)中微子奇異特性的物理事實(shí)。從宇宙大爆炸時(shí)刻產(chǎn)生的中微子遺存物質(zhì)幾乎沒有任何的質(zhì)量，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“來去自由”的中微子可以被氚元素物質(zhì)捕獲，而氚元素是氫元素的放射性同位素，氚元素衰變釋放了能量，對(duì)電子或貝塔粒子產(chǎn)生了微小的推動(dòng)作用。

物理學(xué)家塔利在PPPL建構(gòu)了一個(gè)原型實(shí)驗(yàn)室，通過測(cè)量電子導(dǎo)入帶來的額外能量，科學(xué)團(tuán)隊(duì)探測(cè)到了中微子的存在，測(cè)量的精確性高出了以往的實(shí)驗(yàn)。源于宇宙大爆炸的中微子信號(hào)十分微弱，對(duì)原初中微子的測(cè)量好似在一個(gè)人聲鼎沸、坐滿觀眾的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員心跳的微弱信號(hào)一樣。實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的工程負(fù)責(zé)人查爾斯·金泰爾和一支工程團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室建造的過程中付出了很大的努力。物理學(xué)家塔利將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目定名為“托勒密”或“普林斯頓對(duì)于光和早期宇宙大數(shù)量中微子產(chǎn)生機(jī)制的氚元素觀測(cè)臺(tái)”。托勒密是古希臘時(shí)期的天文學(xué)家，公元一世紀(jì)，生活在古埃及的托勒密寫出了最主要的科學(xué)著作《天文學(xué)大成》，而古希臘科學(xué)的集大成者亞里斯多德繼承了托勒密的天文學(xué)說。

普林斯頓的科學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了迄今最暗、最冷的實(shí)驗(yàn)條件，他們對(duì)電子能量的檢測(cè)精度達(dá)到了對(duì)中微子質(zhì)量檢測(cè)的程度。一直以來，科學(xué)家始終認(rèn)為中微子沒有一點(diǎn)質(zhì)量，為了實(shí)現(xiàn)極其嚴(yán)苛的測(cè)量條件，科學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了目前最暗、最冷的物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而實(shí)驗(yàn)物理的理論基礎(chǔ)是量子電子學(xué)，量子力學(xué)描述了亞原子粒子的運(yùn)動(dòng)和方向。它是物理學(xué)的一個(gè)分支，量子力學(xué)專門探索諸如電子行為的量子物理效應(yīng)。如何在實(shí)驗(yàn)室探測(cè)到宇宙大爆炸遺存的中微子？科學(xué)團(tuán)隊(duì)植入了微小的額外能量。未來的物理諾獎(jiǎng)可能再次出現(xiàn)在量子物理領(lǐng)域，量子計(jì)算機(jī)和量子通訊領(lǐng)域獲諾獎(jiǎng)的可能性很大。

宇宙大爆炸遺存的中微子能夠提供的額外檢測(cè)能量非常少，能量的植入特性與中微子的物理屬性有關(guān)，原初中微子的波長(zhǎng)在宇宙時(shí)空的大膨脹過程中被不斷拉長(zhǎng)，宇宙背景溫度逐漸地冷卻，而宇宙時(shí)空經(jīng)歷了大約138億年的持續(xù)膨脹，持之以恒的空間大膨脹使得從宇宙大爆炸中誕生的中微子冷卻下來，溫度下降了數(shù)十億倍，宇宙中微子與太陽(yáng)中微子相比通常只有很少的能量，當(dāng)氚元素捕獲冷中微子時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)狹窄的能量峰值，僅高于從氚元素衰變釋放的電子的最大能量值。

對(duì)大爆炸遺物中微子探測(cè)的困難性不會(huì)輕易結(jié)束，中微子采用了不同的形態(tài)，它們的能量峰值可能高一些或低一些，中微子的能量峰值取決于兩個(gè)因素，一個(gè)決定性的因素是中微子是否擁有自己的反粒子或反中微子，好似普通的物質(zhì)粒子擁有相應(yīng)的反物質(zhì)粒子；另一個(gè)決定性的因素是中微子是否不同于反中微子。假如中微子在幾十億年的衰變中變成了某種未知的更輕一些的粒子，那么中微子的能量峰值可能不會(huì)出現(xiàn)，科學(xué)家也將難以檢測(cè)到原初中微子的活動(dòng)軌跡。

（編譯：2014-12-30）