239 钻地穿海显神通

　　19世纪末，物理学家发现镭、铀等元素在衰变为其他元素的过程中，不断发射出α、β、γ三种射线。在研究β射线衰变时，偶然发现实验前后测量到的能量值不等。这一发现当时曾轰动世界，甚至怀疑到能量守恒定律有问题。

　　1933年，奥地利青年物理学家泡利提出一种设想：认为实验后原子核失去的那部分能量，是被一种不带电荷，质量极小的粒子所带走。泡利这种设想得到了当时著名的意大利物理学家费米的支持。费米用他的设想成功地解释了β衰变现象，并命名这种粒子为中微子(即微小的中性粒子的意思)。1956年，在实验室里证实了中微子的存在。其实，在阳光中、宇宙射线中都含有大量的中微子。这是因为太阳内部时刻都在进行核反应。由于质子和中子的转化，太阳每秒钟产生的中微子总量在 2×1038个。这些中微子从太阳内部出发来到地球，所需时间仅8分钟。为了捕获太阳光里的中微子，从1956年起，美国科学家戴维斯在南达科塔州地下一公里深处的一个金矿里，安放了盛水的大罐子，用作浮获中微子的“陷阱”。从宇宙来的中微子由于散射强度减弱是到不了这样深的地方的，因此从宇宙射线来的中微子可以排除在外。这个试验于1968年获得成功，证实了太阳光确含有大量的中微子。

　　中微子是一种静止质量为零而不带电的微粒。1962年，物理学家在实验室又进一步肯定了中微子有两种：一种是μ分子中微子(总是伴随μ介子产生的);一种是电子中微子(总是伴随着电子产生的)。

　　自然界中存在着四种力：牛顿发现的万有引力所产生的重力;常电体相互吸引或排斥的电磁力;在原子核衰变时发现的弱相互作用力;将质子和中子结合成为原子核的强相互作用力。现已证实，在发现了的300多种基本粒子中，唯独中微子只参与弱相互作用力，这是中微子的一个非常重要的特性。由中微子流形成的中微子束与激光束也很相似。它以接近光速的速度直线行进，方向性极强(发散度仅为1毫弧度)不会反射、折射、散射，能量又大，即使有成千上万公里厚的金属墙阻挡，中微子束照样能轻易地一穿而过。估计它穿过整个地球，衰减还不到1%。

　　中微子束另一个重要特性是：它穿过水中时，能和水原子核的中子或质子产生核反应，形成为μ介子中微子。这种中微子在水中高速前进时，会产生光电应，放射出光子，发出微弱的蓝色闪光。

　　由于中微子有两个非凡的特性，故它以巨大的魅力吸引着人们，想到用它来进行钻地球、穿深海的通信。中微子束如能在实际上应用，就可取代卫星和海底电缆而实现全球范围内的通信。也可能用它对地球内部进行X摄影，甚至与月球背面和其他行星上的“宇宙人”通信。为什么呢?由于中微子束方向性极强，可以确保中微子束严格地进行点对点的通信，信息不会被他方截获，满足保密性强的要求;中微子不带电，与电磁场不起作用，所以抗干扰性也极好;尤其是因为它不与其他任何物质相互作用，所以即使在热核战争的环境下，中微子束通信也不受核辐射的影响。另外，中微子通过水时会发生蓝光，这使得我们可以用控制发射间隙(即蓝光闪烁)的办法来拍出和接收电码。要实现中微子束通信，必须突破两大关键技术。第一个关键技术，是要获得经过调制的中微子束。这就要用高能质子加速器来加速质子，以获得几千亿电子伏特高能的质子束。然后用它来轰击靶子，从而产生不稳定的粒子。这些粒子一边运动，一边发生质变分裂，最后形成为中微子及其他粒子。然后让它们一起通过厚钢板。厚钢板就像筛子一样，把其他粒子吸收掉，剩下来的便是纯粹的中微子束，通过调制，便可用它来发电报。

　　第二个关键技术是，要研制出高转换率的新型光电转换仪器，以接收中微子束载送的信号。由于中微子不带电，所以目前无法用电子器件进行直接接收，只能用大量的水用作“天线”间接接收。当水“天线”接收到中微子束时，水原子核与它相碰撞，发生核反应，发出与调制信号相应的闪光。用光电倍增器接收，就能获得电(或声音)的信息。1978年12月底，美国华盛顿大学正式宣布，中微子束通信首次试验成功。这次实验虽在极短的距离进行，但证实了中微子束通信是可能的，为中微子束通信技术的发展迈出了可喜的第一步，美国华盛顿大学已打算从伊利诺斯州到华盛顿州相距2700公里长的距离内用中微子束通信。当然，要实现这一点困难还是不少的。人们估计中微子束通信系统的第一个样机至少还要10～15年才能制出来。至于小规模的特殊领域内的应用，从经济角度上考虑，起码在20年甚至30年以后。