午夜给太阳拍照，用的什么鬼相机

午夜骄阳

到了晚上，太阳的到了地球的另一面。如何在地球的阴面拍摄到太阳呢？这并不是一个脑筋急转弯，而是一个物理问题。太阳发射的光子，通通都被地球挡住了。但太阳发出的有一种粒子，可以轻松地穿透地球，它的名字就叫中微子。

能量盗贼

中微子的发现史要追溯到上个世纪三十年代。放射性元素有一种衰变，叫做贝塔衰变，放射出贝塔射线。所谓贝塔射线，就是高速的电子。物理学家在研究元素的贝塔衰变时，发现一个诡异的现象：能量不守恒。反应前和反应后能量不相等。这让一些物理学家开始怀疑能量守恒定律。

而一位名叫泡利的年轻物理学家，艺高人胆大。他曾经提出过泡利不相容原理，描绘了原子的电子排布逻辑。这一次，大胆提出了另外一个假说：存在一种非常小的中性粒子，盗走了一部分能量。因为不带电荷，泡利当时将之命名为中子。

1932年，原子核内发现了质量和质子相当的中性粒子，就挪用了中子这个名字。而泡利假设的那个粒子，因为非常之小，被费米改名为中微子。

1956年，中微子被物理学家在实验室中证实。

飞奔的幽灵

中微子是宇宙基本粒子之一。

中微子的质量非常小，不足电子的百万分之一。

中微子的速度非常之快，和光速非常接近。

中微子更牛逼的属性是穿透万物。穿越百万光年厚的铁板而不减速。被称为宇宙的隐形人。

当然，穿越地球更不在话下。在也是会什么能够利用中微子在午夜给太阳拍照的原因。

先知

中微子的产生通常和核反应有关，核衰变，核聚变，核裂变。宇宙中存在四种基本的力：引力，电磁力，核强力，核弱力。中微子仅与核弱力发生作用。

中微子的速度近似光速。在非真空的介质总，光速可能下降得非常厉害。因此，在介质中中微子可能超越光速。因此，可以通过探测中微子“”预先“”发现宇宙事件。

以太阳为例。太阳的原理参考：太阳公公的洪荒内力

太阳内核中，4个氢原子聚变为1个氦原子，同时释放出中微子和光子。

中微子和光子谁先到达地球呢？

太阳本身并非透明物体，而是等离子体。（等离子参考：用普通灯泡人造球状闪电，见识等离子体）

光子不断地受到等离子的吸收与释放，传播速度非常缓慢，需要数以万年，才能到达太阳表面。

图：光子在太阳内的随机徘徊，举步维艰

而中微子只需要2分钟，就可以到达太阳表面，再花8分钟，即可到达地球。因此，以太阳的内核作为起跑线，地球表面作为终点，中微子远远地将光子甩到了身后。通过中微子可以探测太阳内核10分钟前的活动，而不是数万年前。

除了太阳之外，其他很多宇宙事件中，中微子也是走在了光的前面。例如超新星爆发，光子冲出星体残骸需要时间，中微子就可能比光提前几个小时到达地球。如果超新星距离地球位置在100光年之类，其射出的伽马射线足以杀死地球上所有生物。中微子的提前预警，可以为人类争取到最后几小时的逃亡时间，如果人类拥有能力逃亡的话。

高科技围猎

如同鬼魅，在宇宙中肆意穿行无阻。

每秒钟，数以万亿计的中微子穿透我们的身体，数年时间，才有一个中微子被拦截下来。可以想象，捕获中微子是非常困难的。物理学家通过数十年的努力，建造出人类的超级工程，才能抓捕到极低比例的幽灵。

午夜太阳的制作者为日本的超级神冈中微子探测器。这里简介一下此神器。

其主体部分是一个地下1000米的巨无霸水罐，装了5万吨高度纯净水。罐壁装了1.1万个光电倍增管，以探测罐内的光子。

之所以装这么多水，是因为中微子数量虽多，但与水发生反应的几率极低。要想中奖，就必须量大。

之所以装这么多光电倍增管，是要将各个方向的光子捕获。

图：工作人员在小船上清洗光电倍增管。

光电倍增管是一种检测光的非常灵敏的探测器。哪怕是一个光子，光电倍增管也能通过放大作用而检测。

但是~~，我们要捕获的是中微子，和光子有和关系？大量的中微子在穿越大量的水分子时，总有一定的概率中奖，中微子与水发生反应，释放出高速运动的带负电荷的μ子。这种粒子引发切伦科夫效应，发出光锥，而被光电倍增管俘获而识别。

那么，什么是切伦科夫效应呢？

超越光速——切伦科夫辐射

先从声波说起吧。声波源于介质的物理振动，如同池塘里的涟漪向周围传播。物理图像是很多同心圆。

如果音源本身（飞机）在运动，速度小于音速。波纹的密度（波长）就会发生变化，飞机前方的频率（与波长为反比关系）变高，飞机后方的频率变低。同心圆变形。

如果飞机速度提高，突破了音速，形成的物理图像就发生了质变。声波的覆盖范围会形成一个圆锥。此时声波就具有了一定的方向性，声波的能量得以聚集。声音会很轰动。此时有个名词，叫 sonic boom（音爆）。

回到光。光具有波粒二象性。其中的波动性与声波类似。当光源运动速度超过光速时，就会出现光锥。等等。超过光速？是不是犯了常识性错误？

我们一般所说的光速不可超越，是指真空中的光速，是三十万公里每秒。然然而在介质中，光速下降，在纯水下降到75%。这种情况下，光速就不再是极限。中微子与水反应生成的负μ子在水中就超越了光速。

好了，数以万万亿的隐形人中的一小撮倒霉蛋转换为一道光锥时，严阵以待的光电倍增管阵列就可以对中微子验明正身。