中微子,关乎宇宙起源之谜 曹俊 ① 日本“顶级神冈”中微子探测器项目已正式启动,计划于2027年开始收集数据。

(二)说明文阅读(9分)
中微子,关乎宇宙起源之谜
曹俊
① 日本“顶级神冈”中微子探测器项目已正式启动,计划于2027年开始收集数据。该项 目由日本主导,英国和加拿大等国参与,目的是阐明物质的起源及基本粒子的“大统一理 论”,揭开宇宙起源之谜。
② 中微子是宇宙中数量最多的基本粒子之一。基本粒子是已知的最小粒子,它们不能 像原子那样被分成更小的粒子,是构造宇宙中一切的基本元素。而中微子又是最轻的物质 粒子,迄今还未能测出它的确切质量,但至少比电子的100万分之一还要轻。它们无处不 在,如太阳发光、核反应堆发电、岩石的天然放射性衰变等核物理过程中都会产生,就连我们 每个人也会因体内的钾-40衰变而每天发射约4亿个中微子。
③ 中微子的最大特点就是几乎不与任何物质反应。不管是人体还是地球,在它看来,都 是极为空旷、可以自由穿梭的空间。我们感觉不到它的存在,料学上探测也极为困难。因 此,中微子的发现和研究过程,饱含着几代科研人员的心血。
④ 1930年,奥地利科学家泡利为了解释原子核衰变中能量似乎不守恒的现象,预言了中 微子的存在,认为就是这种“永远找不到的粒子”偷偷带走了能量。经过20多年的寻找,美 国料学家科万和莱因斯终于在核反应堆旁探测到中微子,证明了它的存在。莱因斯因此获 得了 1995年诺贝尔物理学奖。
⑤ 1968年,美国科学家麒维斯在地下1500米深的废弃金矿中进行实验,首次探测到了 来自太阳的中微子,证实太阳无穷无尽的能量来自氢核聚变。1987年,日本科学家小柴昌俊 在第一代神冈实验中,探测到了来自超新星的中微子。他们二人因此都获得了 2002年诺贝 尔物理学奖。此后,戴维斯进一步提高测量精度,却发现太阳中微子的数量比理论预言的要 少得多,被称为“太阳中微子失踪之谜”。此后,小柴昌俊的学生樨田隆章发现,宇宙射线在 大气层中产生的中微子也比预期少,称为“大气中微子丢失之谜”。
⑥ 中微子为什么比预计的少? 1998年,提田隆章在升级后的第二代神冈实验中发现,大 气中微子比预期少,是因为在飞行过程中自发变成了其他种类的中微子,这一现象就是中微 子振荡。他也因此获得了 2015年诺贝尔物理学奖。
⑦ 中微子振荡现象证明了中微子有质量,尽管质量极其小,但会影响宇宙的起源和演 化。根据已知的物理规律,在宇宙早期,正反物质应该成对产生,数量是一样的。但在现在 的宇宙中,并没有发现大量反物质存在的迹象。为什么宇宙只由正物质构成?反物质到哪 里去了?这是宇宙起源必须回答的关键问题。中微子振荡会带来一个意外的结果,即正反 粒子的行为可以不一样,很有可能造成反物质消失。因此,全面了解中微子振荡,是破解“反 物质消失之谜”的重要一环。
⑧ 由于中微子难以探测,解决这些谜团需要巨大的探测器,获取更精确的数据。日本前 两代神冈实验坚持自己的优势方向,掌握核心技术,持之以恒地探索,取得了巨大突破。此 次启动的第三代实验“顶级神冈”将建造一个26万吨的水探测器,造价约8亿美元。此前, 中国的江门中微子实验和美国的深层地下中微子实验也已开始建设。三个实验间既竞争又 互补,联合分析能显著提高发现能力。新一代的中微子实验,也许有一天可以揭开宇宙起源 的谜题。
12. 下列对本文的理解和分析,正确的一项是( )(3分)
A. 基本粒子中微子最大的特点是不与任何物质反应,科学上探测也极其困难。
B. 科学家科万和莱因斯探测到中微子,进而发现了原子核衰变中能量不守恒的现象。
C. “太阳中微子数量比理论预言少得多”的发现,被称为“大气中微子丢失之谜”。
D. 文中几位科学家获诺贝尔奖的事例,体现了大胆预言、小心求证的科学探索精神。
答案:D
13. 简析第②段中画线句的作用?(2分)
答案:划线句采用作比较的说明方法,将中微子质量和电子质量进行
对比,突出说明了中微子是最轻的粒子的特点。
14. 请解释“中微子振荡现象”,并说明其可能产生的结果。(4分)
答案:中微子震荡现象是指大气微子在飞行过程中自发变成其他种类 中微子的现象。其可能产生的结果有:证明了中微子有质量,会影响 宇宙的起源与演化;中微子震荡可能会造成反物质消失;也许有一天
会揭开宇宙起源之谜。

 
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