位于美国 伊利诺斯州巴达维亚“费米实验室”是美国最强的粒子加速器，在这里的科学家们要捕获宇宙中最不活泼的粒子：“中微子”。因为这种神秘而诡异的粒子掩盖了巨大的秘密，从统一自然界的四大基本作用力（ 强核力、引力、电磁力、弱核力），以及一个鲜为人知的问题：为什么存在的物质都拥有实体，而不是虚无的？
“中微子”可以打开进入物理更深领域的大门，目前对于研究中微子的实验有很多，但核心研究围绕中微子展开的研究中，其中最大、最先进的就是“DUNE实验”（ 即是：深层地下中微子实验室），在某种意义上最重要的核心就是研究物质与反物质的实际行为是否不同，正如从质能方程中所知，物质与反物质应完全对等，但实际上并不是这样的，因为“DUNE实验”项目会解释此原因。
“DUNE实验”核心
中微子是一种被称为轻子的基本粒子，与熟知的电子以及比电子更重一些的μ子和τ子同属一类，中微子也分为三种，分别对应每种带电轻子，所以有电中微子、μ中微子和τ中微子，所有的中微子都有一种奇异的性质：它们可以随时间在三种类型之间振荡转换。
测量中微子振荡是解开秘密的重要部分，但这并不容易，中微子是自然界中最神出鬼没的基本粒子，几乎只与弱核力及引力发生作用。
事实上，为了有50%机率阻挡一个从太阳发射出来的中微子，需要一堵5光年厚的“铅墙”，总的来说，找到中微子的方法非常苛刻。
捕获中微子的难度非常苛刻
中微子的弱相互作用性质让它们极其难以探测，为了有机会探测到一个中微子，就得有数量极其庞大的中微子进入探测器，因此，中微子得被聚集为“束状”，但如果中微子的相互作用是如此微弱，那又如何把它们引导成“束状”呢？
答：主费米实验室射线使用巨大的电磁线圈绕2.5英里周长的环形轨道加速“质子”，达到99.997%的光速，这是可实现的，因为和中微子不同，质子带有电荷，这些质子通过击“石墨”，当它们撞击时原子核会产生所有种类的粒子，更多的磁场被用来筛选碰撞残骸中带正电荷的“介子”，然后将它们聚集成“束状”，这些介子会快速衰变为μ子和μ中微子，射线接下来穿过数百米的岩层，用以阻挡μ子，而中微子会直接穿透岩层，纯净“束状”的 μ中微子会被送入探测器，这就是“ICARUS·宇宙信号设备”。
“ICARUS·宇宙信号设备”和地下测得的稀有信号成像：液氩中微子猎手，是如何捕获中微子的？
答：这个是概率的问题。
每个中微子只有极小的几率与任何特定的"Ar原子核”发生作用，每秒钟向探测器发射1万亿个中微子，不过仅仅有少数会发生相互作用。
为何中微子如此难以捉摸？
中微子只参与弱核力和引力，而引力又微弱到可忽略不计，为了与其它种类的物质反应，中微子需要与其交换一个弱相互作用力的载体：一个“W”或“Z”玻色子，事实上，一个虚玻色子只存在于一瞬间，只要足够交换中微子和原子核的能量即可，它实际上从虚无中暂借了存在所需要的能量，这是一种利用海森堡不确定性原理达成的能量守恒作弊，海森堡不确定原理告诉我们在一对特定的属性之间存在不确定性，在这种情况中，是能量与时间的不确定性，所以虚粒子存在的时间越短，能暂借的能量就越多。
波色子的质量很大，为了存在，“W”玻色子需要暂借一大堆能量来形成它们其余的能量，这极大的限制了它们能存在的时间，也限制了能传播的距离，为了让一个中微子与原子核发生相互作用，它需要接近到几乎完全进入原子核之中，也就是一次直接的碰撞。
如果中微子与探测器产生作用，"Ar原子核”会被击碎，带电粒子（ π子和 μ子）被释放，这些粒子随后穿过液氩把电子从原子中激发为自由电子，再对探测器的一侧加上电荷，强大的电场充满个容器，电场反自由电子再吸引到容器壁上，通过电子轨迹来追踪中微子轨迹，轨迹当中就可以了解中微子振荡的一切，其中包括引起一切的中微子的类型，探测到的是电中微子还是μ中微子（或者τ中微子）。
在只发射源只发射μ中微子的情况下，只能检测到了τ中微子或电中微子，就观察到了中微子振荡，使用仪器来判断振荡发生的数量，加上中微子以光速的速度前进的距离，就可以计算出中微子振荡的速度。
中微子对宇宙研究早期宇宙诞生有着巨大的线索
这个实验将会捕获中微子束并在穿越的过程中将会得到一些关于物质和反物质区别的基本性质，也有可能为科学家们解释“宇宙一开始就是由物质构成”。
通过研究中微子这种粒子物理，能够更多理解物质和反物质本该在早期宇宙中被相等的创造，然后相互湮灭，留下一个只存在于光子的宇宙，然而现在观测到的是一个充满物质的宇宙，这意味着在物质与反物质之间肯定存在一些微小的维持平衡物质，这些微小的物质残骸足以形成恒星和星系。
物质与反物质的行为反映出它们之间一定存在一些微小的物质， 一个在紧随大爆炸发生之后的物理过程，通过“轻子”生成机制。早期宇宙的微子会衰变为其它类型的正物质粒子，中微子生成反物质粒子。
中微子与反中微子的数量不相等，就会造成物质与反物质数量的极度不平衡，最初的不平衡也会在中微子振荡方式中体现出来，反中微子在三种类型之间的振荡要比中微子慢，这就是“DUNE实验”项目所寻求的探测目标。
我是黄金，从事企业行政管理，90后（萌新作者进阶计划）女学员，科学领域文章创作者.
所获荣誉：
#宇宙的秘密#征文比赛三等奖、
#科学知多少#征文比赛三等奖、
#青云计划#文章获奖者、
创作目的：
愿意每天毫无保留地发表一篇有关太空生物学（天文学、生物学、化学、物理学、地质学）等多门学科的交叉科学知识文章，欢迎关注，相互学习。
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