《追踪中微子：物理学家如何捕捉最难抓的粒子》

导语

这篇 Quanta 文章用七十年的实验史讲述物理学家如何追踪中微子。中微子几乎没有质量、没有电荷，可以穿过地球和人体而几乎不留下痕迹；因此，探测它们的办法不是“小巧精密”，而是建造巨大、深埋、安静、充满特殊介质的实验陷阱，然后等待极少数相互作用发生。

1. 从“不可探测”的假设到 Project Poltergeist

• 七十年前，Clyde Cowan 和 Frederick Reines 带着一个定制的 10 吨探测器，把它包围在厚铅墙和湿沙袋中，放到南卡罗来纳州 Savannah River Plant 的强核反应堆附近。他们把实验叫 Project Poltergeist（幽灵计划），因为目标就是捕捉一种幽灵般的粒子。
• 更早之前，物理学家在 beta decay（β 衰变）中发现能量似乎丢失。1930 年，Wolfgang Pauli 提出一个激进解释：有一种几乎不可探测的粒子悄悄带走了缺失能量。他对朋友说自己做了“可怕的事”，因为他假设了一个不能被探测的粒子。这个粒子后来被称为中微子。
• 中微子几乎没有质量、没有电荷，可以几乎毫无阻碍地穿过地球和人体。1956 年 6 月，Cowan 和 Reines 从 Los Alamos National Laboratory 向 Pauli 发电报，宣布他们“确定探测到了中微子”。这一步把中微子从理论补丁变成实验对象。