本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
宇宙中微子可能带来重要的启示，但是探测设备需要像恒星或星系那么大
在“对科学来说太难了吗？”系列中，我采访了科学家们关于他们渴望探索但认为无法研究的想法。例如，它们可能涉及超出可能性的机器，例如像太阳一样大的粒子加速器，或者它们可能完全不道德，例如涉及人类的致命实验。这个专题旨在审视不可能的梦想，以及科学中看似棘手的问题。“对科学来说太难了吗？”末尾的问号表明，没有什么是不可能的。
科学家：劳伦斯·克劳斯，亚利桑那州立大学“起源项目”主任和“宇宙学倡议”联合主任。
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想法：大爆炸后不久遗留下来的最著名的遗迹是弥漫整个宇宙的微波。然而，这种宇宙微波背景辐射——大爆炸后逃逸物质的第一道光——出现在宇宙诞生后近 40 万年，而此前发生的大部分事情仍然神秘莫测。
另一方面，中微子是在大爆炸后仅一秒左右产生的，平均而言，每立方厘米的宇宙空间中仍然应该充满 150 多个中微子。“宇宙中微子背景包含了宇宙早期时刻的直接信号，”克劳斯说。“如果我们能够直接探测到这些中微子，它们可以告诉我们很多关于当时发生的事情。”
问题：普通中微子极其难以探测，因为它们很少与原子碰撞。这些最古老的中微子更难被发现，因为自大爆炸以来的 137 亿年中，它们已经冷却到仅比绝对零度高 1.95 度，而如此低能量的粒子更不愿意与物质相互作用。
克劳斯说：“这些中微子中的一个平均可能穿过大约 100 万或 10 亿光年的铅，然后才与之相互作用。”“它们的相互作用率比我们最灵敏的仪器目前可以探测到的还要小很多个数量级，因此，除非有人能想到一种巧妙的方法来捕获它们，否则你可能需要一个大约恒星大小甚至可能我们星系大小的探测器。”
解决方案？虽然这些大爆炸的遗迹可能太难直接探测到，但宇宙学家罗伯托·特罗塔和他的同事们发现，这些中微子的引力共同影响了宇宙的发展，这种原始中微子海洋中的涟漪效应在宇宙微波背景中可见。
科学家们也在构思其他探测这些古老粒子的方法。德国电子同步加速器研究所 (DESY)，德国汉堡附近的粒子物理研究中心的理论物理学家安德烈亚斯·林瓦尔德建议，涉及放射性元素（如氚）的实验或专注于这些古老中微子与极高能量宇宙中微子相互作用的探测器，可能为这些遗迹提供最直接的证据。“像这样的疯狂想法需要同样激进的解决方案，”克劳斯说。
图片来自劳伦斯·克劳斯网页的照片
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关于作者：查尔斯·Q·崔是《大众科学》的常驻撰稿人。他的作品也曾出现在《纽约时报》、《科学》、《自然》、《连线》和《生活科学》等刊物上。在他的业余时间，他已经去过所有七大洲。在Twitter上关注他@cqchoi。
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