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天文學(xué)研究的對象有極大的尺度,極長的時間,極端的物理特性,因而地面試驗(yàn)室很難模擬。因此天文學(xué)的研究方法主要依靠觀測。
由于地球大氣對紫外輻射、X射線和γ射線不透明,因此許多太空探測方法和手段相繼出現(xiàn),例如氣球、火箭和航天器等。天文學(xué)的理論常常由于觀測信息的不足,天文學(xué)家經(jīng)常會提出許多假說來解釋一些天文現(xiàn)象。然后再根據(jù)新的觀測結(jié)果,對原來的理論進(jìn)行修改或者用新的理論來代替。在天文學(xué)研究中最熱門、也是最難令人信服的課題之一就是關(guān)于宇宙起源與演化的研究。這也是天文學(xué)不同于其他許多自然科學(xué)的地方。
經(jīng)過多年進(jìn)一步的 研究才發(fā)現(xiàn),原來中微子可以分為三種,戴維斯檢測到的 只是其中的 一種。這三種中微子本身可以相互轉(zhuǎn)化,由一種中微子變成另一種中微子。這一事實(shí)后來成了現(xiàn)代物理學(xué)理論的 基石之一。在水中,這種粒子會發(fā)射出一個錐形的淺藍(lán)色光脈沖,稱為“切倫科夫輻射”。2002年,戴維斯因?yàn)樘剿髦形⒆佣@得了諾貝爾物理學(xué)獎。
隨著戴維斯的 成功,物理學(xué)家們在北美、歐洲和日本的 礦井或隧道中建造了幾處第二代中微子檢測器。這些檢測器同樣都使用龐大的 靶體,不過它們的 靶體是更加有利于檢測的 超純水。恒星層次現(xiàn)時人們已經(jīng)觀測到了億萬個恒星,太陽只是無數(shù)恒星中很普通的一顆。一顆中微子穿過水的 時候,如果與遇到的 原子核發(fā)生相互作用,會產(chǎn)生一種帶電粒子。
然而,當(dāng)研究人員把串檢測器往下放到冰中以后,它們完全沒有起作用。原來,在閃光到達(dá)檢測器之前,留在冰中的 微小氣泡散射了這些光線。幸好,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),在深度超過1400米時,冰的 壓力高得使氣泡消失,研究人員所需要的 清晰信號就出現(xiàn)了。第1個問題是我們已經(jīng)談?wù)撨^的:中微子與其他物質(zhì)的相互作用極其微弱。因此,在接下來的 實(shí)驗(yàn)中,檢測器串就降到了1450米以下。
“冰立方”中的 閃光大都不是來自深空的 中微子產(chǎn)生,因?yàn)榈诌_(dá)地表的 中微子大都來源于地球大氣層。來自深空的 宇宙線與地球大氣中的 原子碰撞,會產(chǎn)生很多中微子,它們與來自深空的 中微子的 比例達(dá)到500000∶1。