中微子,唯一能直接看到「宇宙高爐」的眼睛

通過捕捉中微子,我們可以瞭解到宇宙的哪些資訊呢?

「要理解這一點,需要先瞭解一下宇宙的歷史。宇宙是由138億年前的大爆炸產生的。大爆炸中產生的元素主要是氫和氦,更重的元素是由恒星內部的核聚變反應和超新星爆發而產生的。當比太陽品質大8倍的恒星迎來生命的終點時,就會產生超新星爆發和中子星合併的高溫高壓環境,特別是比鐵重的元素,如金、銀等被認為是在這種環境中一次性合成的。」

換句話說,產生黃金的「賢人之石」並不存在於地球上,而是存在於超新星爆發等形成的「宇宙高爐」中。

因爆炸而散落在太空中的元素,不久在引力的作用下又再次聚集在一起,形成新的恒星,而這些恒星在生命結束時又發生爆炸...換句話說,如果把輕的元素比作高音樂器,重的元素比作低音樂器,每一次恒星的生死輪回,就會加入更重的元素,宇宙的音色也會變得更加豐富。

太陽系和地球,以及包括必需的微量元素在內的、由多種元素組成的我們自身,也是這場音樂劇的受益者。

那麼,這一切是在宇宙的哪個時代發生的,這些元素是如何產生的呢?

「最重要的是,了解超新星爆發細節的唯一直接線索就是中微子。超新星爆發釋放出巨大的能量,其中99%的能量以中微子的形式釋放到太空中。中微子是在爆炸開始前從恒星的中核產生的,它們不與周圍的物質發生反應,只是穿透過去。這是唯一能直接看到超新星爆發內部情況的『眼睛』」,中畑教授解釋說。

那麼,如何捕捉一個可以穿透萬物的中微子呢?承擔這一重任的探測裝置就隱身在岐阜縣飛驒市神岡町的地下。

通往超級神岡的池之山的坑道
通往超級神岡的池之山的坑道