核武器的克星,中微子

如果發生核戰爭,我們可不可以通過難以阻擋的方法,來銷燬對方的核核武器,從而削弱敵方的核戰力呢?常規方法自然很難做到,但在2003年,日本粒子物理學家菅原寬孝發表了一篇別出心裁、震驚世界的奇文,題目是“利用超高能中微子束流摧毀原子彈”。在這篇名字十分科幻的學術論文中,菅原寬孝提出了一個能讓核武器持有者身處險境的想法,那就是製備能量高達1000萬億電子伏特的中微子束流,然後將它射向地球上任何一個地方的核武庫,摧毀或引爆核彈頭。

核武器的剋星,中微子

這種假想的中微子武器採用的基本原理是中微子的弱相互作用性質。一方面,中微子可以輕易地穿越地球屏障,並穿越核武庫中的所有保護層。另一方面,超高能量的中微子束流在傳播過程中,會與周圍物質發生相對較強的相互作用,沿途產生大量強子,這些高能強子,尤其是中子,打到核彈頭內的鈈或鈾元素後會出發核裂變反應,起到點燃核彈頭的作用,從而使其熔化、蒸發,或是爆炸。

核武器的剋星,中微子

那麼這一設想在現實中可能實現嗎?毫無疑問,理論上沒問題,但以目前的實驗技術是根本無法實現的。這是因為,要產生1000萬億電子伏特的中微子束流,需要更高能量的質子打靶,從而產生帶電π介子,π介子再衰變為μ子,而μ子在儲存環中發生衰變則可以產生中微子。而要實現上述過程,需要建造周長至少1000公里的超級加速器,這實在要比目前正在運行的長27公里的歐洲大型強子對撞機,不知道高到哪裡去了。其次,這樣一個超級加速器依賴於一個10特斯拉左右的超級磁場的存在,這樣才能通過控制帶電粒子方向來對伴隨的中微子作定向聚焦,但要產生如此高強度的磁場,需要至少花費幾百億美元先製造出一個超大磁鐵。第三,要是超級加速器得以運行,消耗的總功率將超過500億瓦,這基本相當於南京市的年總耗電功率。最後,這樣一個龐然大物的運行,勢必對周圍環境造成難以估量的輻射危害。

所以,我們基本可以斷定,菅原寬孝的想法至少在目前是無法實現的。

無獨有偶,2008年,物理學家阿爾弗雷德-唐也發表了一篇類似的論文,題目是“中微子反核武器”,唐的具體想法與菅原寬孝稍有不同,他的想法是,首先利用加速器製備出能量約為450億電子伏特,或高於此數值的“正反中微子束流”,也就是說這是兩道中微子束流,然後使之聚焦到某處核武庫,讓束流對撞產生Z玻色子,最後Z玻色子的衰變產物比如伽馬射線等,會點燃或引爆核彈頭。

可見,這一設想中的中微子反核武器裝置所要求的中微子束流能量較低,那麼它可不可能實現呢?其實也很難。這是因為,一般來說,從兩個加速器中引出的中微子和反中微子束流具有固定的方向,要想讓它們恰好在地球另一端的核武庫中實現有效對撞,併產生足夠數量的Z玻色子,操縱者就必須精確知曉三者的方位,精度要求要十分十分高。同時還要保證高強度束流的準直性。這就使得該想法的技術難度大增,而實用性則大打折扣。因為核彈頭通常是可以移動的,但加速器你移動移動試試。另外,這一想法還有一個不切實際之處,那就是能量處於450億電子伏特附近的中微子束流,會和大氣中微子發生反應而導致損耗。這是因為,大氣中微子的能量在很大程度上,正處於100-1000億電子伏特的範圍之內。

核武器的剋星,中微子

所以綜上所述,開發中微子武器,目前只是一個遙不可及的夢想。再者,即便開發出了中微子反核武器,恐怕除非核戰爭,我們是不能將其用在核裁軍之上的。因為中微子束流的遠程攻擊,除非能夠保證核彈安全地分解並失效,否則一旦引發任何形式的核爆炸,都將與常規的核打擊沒有本質區別,從而在根本上背離了核裁軍的目的。

事實上,中微子技術是一部分物理學家近年來特別關注的研究課題,他們的出發點很簡單,那就是期待在可預見的未來,像應用光子技術那樣,實現中微子技術的廣泛應用。目前已被探討的可能性包括利用中微子勘探油田、發展針對地球和恆星內部結構的中微子斷層攝影術、利用中微子預測地震、利用中微子探測器監測有效距離內的核試驗、通過中微子實現遠程通信等等。所有此類的研究,都基於中微子極強的穿透性、直線傳播特點和振盪效應。當然了,這些應用無一例外地都需要超級加速器,也許有一天,當高能量的等離子體粒子加速器出現之時,中微子技術的突破能夠讓人們實現這些夢想,這些和平的夢想。


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