本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
宇宙中微子可能帶來重要的啟示，但是探測裝置需要像恆星或星系那麼大
在“對科學來說太難了嗎？”系列中，我採訪了科學家們關於他們渴望探索但認為無法研究的想法。例如，它們可能涉及超出可能性的機器，例如像太陽一樣大的粒子加速器，或者它們可能完全不道德，例如涉及人類的致命實驗。這個專題旨在審視不可能的夢想，以及科學中看似棘手的問題。“對科學來說太難了嗎？”末尾的問號表明，沒有什麼是不可能的。
科學家：勞倫斯·克勞斯，亞利桑那州立大學“起源專案”主任和“宇宙學倡議”聯合主任。
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想法：大爆炸後不久遺留下來的最著名的遺蹟是瀰漫整個宇宙的微波。然而，這種宇宙微波背景輻射——大爆炸後逃逸物質的第一道光——出現在宇宙誕生後近 40 萬年，而此前發生的大部分事情仍然神秘莫測。
另一方面，中微子是在大爆炸後僅一秒左右產生的，平均而言，每立方厘米的宇宙空間中仍然應該充滿 150 多箇中微子。“宇宙中微子背景包含了宇宙早期時刻的直接訊號，”克勞斯說。“如果我們能夠直接探測到這些中微子，它們可以告訴我們很多關於當時發生的事情。”
問題：普通中微子極其難以探測，因為它們很少與原子碰撞。這些最古老的中微子更難被發現，因為自大爆炸以來的 137 億年中，它們已經冷卻到僅比絕對零度高 1.95 度，而如此低能量的粒子更不願意與物質相互作用。
克勞斯說：“這些中微子中的一個平均可能穿過大約 100 萬或 10 億光年的鉛，然後才與之相互作用。”“它們的相互作用率比我們最靈敏的儀器目前可以探測到的還要小很多個數量級，因此，除非有人能想到一種巧妙的方法來捕獲它們，否則你可能需要一個大約恆星大小甚至可能我們星系大小的探測器。”
解決方案？雖然這些大爆炸的遺蹟可能太難直接探測到，但宇宙學家羅伯託·特羅塔和他的同事們發現，這些中微子的引力共同影響了宇宙的發展，這種原始中微子海洋中的漣漪效應在宇宙微波背景中可見。
科學家們也在構思其他探測這些古老粒子的方法。德國電子同步加速器研究所 (DESY)，德國漢堡附近的粒子物理研究中心的理論物理學家安德烈亞斯·林瓦爾德建議，涉及放射性元素（如氚）的實驗或專注於這些古老中微子與極高能量宇宙中微子相互作用的探測器，可能為這些遺蹟提供最直接的證據。“像這樣的瘋狂想法需要同樣激進的解決方案，”克勞斯說。
圖片來自勞倫斯·克勞斯網頁的照片
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關於作者：查爾斯·Q·崔是《大眾科學》的常駐撰稿人。他的作品也曾出現在《紐約時報》、《科學》、《自然》、《連線》和《生活科學》等刊物上。在他的業餘時間，他已經去過所有七大洲。在Twitter上關注他@cqchoi。
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