據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在給地球稱(chēng)重并探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問(wèn)題上，科學(xué)家必須借助一些間接的方法。通常而言，他們會(huì)利用聲波和引力等來(lái)進(jìn)行計(jì)算。不過(guò)，有一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)想到了一種全新的方法：通過(guò)測(cè)量穿過(guò)地球的神秘宇宙粒子來(lái)獲得地球的重量。
來(lái)自西班牙的研究人員利用穿過(guò)地球的中微子來(lái)計(jì)算地球的質(zhì)量和密度。雖然這一方法目前還處于最初階段，但有朝一日或許會(huì)成為非常實(shí)用的工具。而且，研究人員獲得的結(jié)果相當(dāng)接近目前主流方法計(jì)算的數(shù)據(jù)。
“我們的結(jié)果證明了用這種方法來(lái)研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是可行的，可以作為傳統(tǒng)地球物理學(xué)方法的補(bǔ)充，”研究作者在發(fā)表于《自然-物理學(xué)》（Nature Physics）期刊的論文中寫(xiě)道。
粒子物理學(xué)是研究粒子以及它們之間相互作用的物理學(xué)分支。我們最常接觸到的粒子是質(zhì)子、中子和電子，這些粒子構(gòu)成了原子，它們之間通過(guò)引力、電磁力和強(qiáng)核力（使核子結(jié)合成原子核的基本作用力）、弱核力（發(fā)生在原子核內(nèi)極小的尺度上，并且是某些放射性衰變的部分原因）發(fā)生相互作用。
中微子是宇宙中數(shù)量最豐富的粒子之一（僅次于光子），但非常難以探測(cè)，因?yàn)樗鼈冎慌c弱核力相互作用。來(lái)自太陽(yáng)和更遠(yuǎn)太空的中微子不斷地轟擊地球，它們的相互作用如此微弱，以至于探測(cè)器通常建造在地底深處，以屏蔽宇宙射線和其他背景輻射，并檢測(cè)穿過(guò)整個(gè)地球的中微子。
與此同時(shí)，許多地球物理學(xué)家也在嘗試研究地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括地核、地幔以及地球磁場(chǎng)的行為。他們通常也只能通過(guò)間接方法進(jìn)行測(cè)量，觀察聲波穿過(guò)地球時(shí)的變化，或者探測(cè)引力的局部變化。參與這項(xiàng)新研究的物理學(xué)家設(shè)想，既然我們已經(jīng)有了這些中微子探測(cè)器，而中微子也在不斷地穿過(guò)地球，那為什么不嘗試?yán)眠@些中微子來(lái)測(cè)量地球呢？
他們開(kāi)始付諸實(shí)踐。利用南極冰立方中微子觀測(cè)站（IceCube，位于阿蒙森-斯科特南極站）的數(shù)據(jù)，研究人員測(cè)量了從不同角度撞擊探測(cè)器的中微子數(shù)量，其中直接向上穿過(guò)探測(cè)器的中微子比其他角度的中微子經(jīng)過(guò)更多部分的地球。他們將這一數(shù)據(jù)與如果地球不在探測(cè)器下方時(shí)將探測(cè)到的中微子數(shù)量進(jìn)行了比較。
通過(guò)這些數(shù)據(jù)，研究人員測(cè)量出了地球的質(zhì)量，盡管還不是很精確，但得到的數(shù)字與目前用引力方法獲得的結(jié)果近似。他們還測(cè)量了地核的質(zhì)量，結(jié)果比目前廣泛接受的數(shù)值大一些。他們還發(fā)現(xiàn)，地核的密度比地球更大。當(dāng)然，我們已經(jīng)知道了這一點(diǎn)，但通過(guò)從太空穿過(guò)地球的神秘粒子來(lái)再次驗(yàn)證也挺有意思的。
研究人員非常坦誠(chéng)他們沒(méi)有用到大量數(shù)據(jù)的事實(shí)，或許再過(guò)10多年，有了來(lái)自IceCube和其他探測(cè)器的更多數(shù)據(jù)，這一方法將變得更有效。巴黎第七大學(xué)的研究者Ve?ronique Van Elewyck并未參與此次研究，她在《自然》雜志的一篇評(píng)論中指出，研究人員仍然不知道有多少中微子轟擊地球，并且需要更多地了解冰的光學(xué)特性，以減少實(shí)驗(yàn)的不確定性。她還寫(xiě)道，關(guān)于中微子如何更普遍地與物質(zhì)相互作用的問(wèn)題，目前仍存在著許多實(shí)驗(yàn)上的不確定性。
隨著數(shù)據(jù)越來(lái)越豐富，以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)的增多（可能還要再花上十年或二十年時(shí)間），中微子或許真的能成為測(cè)量地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有用工具。
冰立方中微子觀測(cè)站
冰立方中微子觀測(cè)站（IceCube）有著目前全球最大的中微子探測(cè)器，由美國(guó)威斯康辛大學(xué)主導(dǎo)，集合了來(lái)自十多個(gè)國(guó)家超過(guò)300名科學(xué)家。這是一個(gè)位于南極冰層之下的觀測(cè)站，擁有數(shù)千個(gè)探測(cè)器，分布范圍超過(guò)1立方千米。
IceCube建成于2010年12月8日，設(shè)計(jì)目的是探測(cè)能量約1TeV的中微子，研究宇宙中能量極高的天文物理現(xiàn)象。2013年11月，研究團(tuán)隊(duì)宣布IceCube觀測(cè)到28個(gè)可能來(lái)自太陽(yáng)系以外的中微子。2018年7月12日，IceCube第一次成功確認(rèn)高能宇宙中微子的來(lái)源。
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