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微中子以接近光速到達地表，接著就直接以直線穿過了地球，只花了0.04秒，接著就繼續往前，好像什麼事都沒發生。每10億個穿過地球的微中子，大約只有一個會與構成地球的原子交互作用。這個奇特的性質，激發了詩人的好奇與詩興。

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詩歌是最有用，也最無用的。我的意思是，詩要不就用在最盛大的莊重儀典，要不就是詩人毫無功利之心、閒情逸致的抒發。關關雎鳩，在河之洲，窈窕淑女，君子好逑，詩經的第一篇，原來應該是在婚禮大典上吟唱用的。君言不得意，歸臥南山陲，但去莫負問，白雲無盡時，這時的詩人，肯定是很廢的。在兩個極端之間，很奇怪的，日常生活中，好像比較用不上詩。但無論哪一種情況，詩絕對是至情至性的表現。有這首楊煥的詩為證：我是忙碌的，我是忙碌的，我忙於把生命的樹移植於戰鬥的叢林，我忙於把發酵的血釀成愛的汁液。我是忙碌的。

那是什麼樣的情況，會讓詩人為一個基本粒子寫詩呢？1960年美國以「兔子四部曲」聞名的小說家厄普代克（Updike）寫了一首詩，很誇張的取名為：〈宇宙等級的惡劣行徑〉（Cosmic Gall）就是為一個粒子所寫的詩。

微中子會在其他粒子改變身份時出現

這個惡劣的粒子叫微中子，特點是它會在其他粒子改變身份的時候出現。精確一點說，其他基本粒子可以透過放出一個微中子，或吸收一個微中子，來改變自己的身份。在傳統的看法之中，基本粒子是不可能會改變身份的，否則怎麼會是基本的呢？但在二十世紀初，物理學家就硬生生地在一連串的觀察中，看到粒子的確會變身。例如去年四月跟大家所介紹的，放射性原子核的衰變現象，就是中子變成了質子，放出一個微中子與一個電子。而在大部分的粒子變身過程中，都出現微中子的身影。這就是為什麼，在學術上，微中子是很要緊的一個粒子。

這裡詩人有一點誤會了。因為微中子沒有電荷，的確沒有電磁交互作用。但微中子會在其他粒子衰變時現身，就表示它不是完全沒有交互作用。只是這個作用實在非常微弱，術語稱它為「弱交互作用」。籠統的說，微中子的確是獨來獨往的粒子，不太跟其他同儕打交道，平常不容易感覺它的存在，因此微中子的發現過程相當奇特。

當年物理學家興奮地研究著當紅的放射性原子核衰變，卻發現衰變前後，能量並不守恆。這個戲劇性的結果，促使比較激進的物理學家，例如波爾（Niels Bohr），開始主張放棄能量守恆這個定律。但波爾的學生包力（Wolfgang Ernst Pauli），雖然私生活十分散漫，學術上竟然比老師還要保守，不願輕易拋棄，已經陪伴物理學家多年的守恆定律。他看出，衰變過程中，能量消失，很可能是有一個我們沒測到的新粒子，偷偷帶走了一部分能量。如果把它帶走的能量算進來，能量應該依然是守恆的。

這可以說是歷史上極少數，保守懷舊的態度所帶動的激進革命。雖然新的基本粒子是很自然的一個想法，但物理學家是簡單美學控，壓根兒希望基本粒子數目越少越好，所以要打破這個成見，需要一點勇氣，包力的學術權威也有些幫助。因為這個新粒子不帶電，包力就把它稱為中子neutron，後來這個名字被搶先出現、目前的中子用掉了。物理學家只好用義大利文的慣用字根ino，再創造一個名字給它：neutrino，意思是小中子。中文斯文講究一點，就翻譯成了微中子。

所以打從出生，微中子一開始就給人偷偷摸摸的感覺，但它可是到處都有。如上所述，放射性原子核在衰變時，會放出微中子，因此地表上到處都是。核反應爐內發生核分裂反應時，會伴隨原子核的變換，也產生許多微中子。更豐富的微中子來源是太陽，以及宇宙中的恆星。

我們活在由微中子所構成的傾盆大雨中

太陽的燃燒是一個核融合的反應，四個氫原子核，也就是四個質子，要融合為兩個質子兩個中子組成的氦原子核。很明顯的，在過程中，有兩個質子得改變身份，變為中子，於是就會產生大量的微中子。這些微中子向四面八方放射，到達地球的，每一平方公分，大概就大拇指的面積，每一秒就有接近一億個。我們簡直就是活在由微中子所構成的傾盆大雨之中。

聽眾一定很好奇，雨下多了會積水，那這麼多的微中子會堆積在哪裡呢？微中子另一個奇特之處，就是它停不下來，精確一點說，沒有粒子可以有效地擋住它的運動。剛剛已經提到它是電中性，因此沒有電磁作用，唯一擁有的弱作用又十分微弱，意思就是發生作用的機率很低。這在所有基本粒子之中，只有微中子是獨一無二、如此孤傲的。所以當它與其他粒子靠近時，幾乎完全無視對方存在，呼嘯而過。

它從太陽產生之後，以接近光速到達地表，接著就直接以直線穿過了地球，只花了0.04秒，接著就繼續往前，好像什麼事都沒發生。每十億個穿過地球的微中子，大約只有一個會與構成地球的原子交互作用。這個奇特的性質，激發了詩人的好奇與詩興，所以厄普代克的詩接著寫道：

微中子毫不放在眼裡，直接穿透過去！

詩人一點都沒有誇張，如果要用防護層來擋住微中子，所需的厚度，不是一公尺，不是一公里，必須厚達數個光年。微中子就是這樣神奇，但卻到處都是的一種東西。

1955年，物理學家測到微中子的痕跡

這麼孤僻、難以捕捉的粒子，要偵測到它自然非常困難，包力提出微中子這個概念之後，將近30年時間，物理學家都無法找到直接的觀測證據。包力曾經開玩笑，如在告解一樣，懺悔自己犯了大錯，竟然假設了一個無法觀察到的基本粒子。但很幸運的是：在他去世前三年，1955年，物理學家成功的在核反應爐旁，測量到微中子的痕跡。

微中子雖然孤僻，不常與其他粒子作用，但只要數目夠多，嘗試足夠次數的搭訕，總會有一兩次成功的邂逅，這畢竟是一個機率問題。1968年開始了一個很經典的實驗，物理學家利用美國南達科他州一處礦坑，在地底深處儲存大量的液體，以礦山作為隔絕，使得微中子成為唯一可能進入液體槽的粒子，然後靜靜的等待。請聽眾注意：不是等待微中子的到來，微中子一直從來沒停，是等待微中子很稀罕的，與液體中的粒子發生作用，改變粒子的身份。

當時使用十萬加侖的含氯乾洗劑，氯原子核中的一個質子，有很小的機率，被微中子撞擊，會在吸收了它之後變成中子，形成氬同位素。物理學家會打入氦氣來收集氬元素以及氬同位素。而氬同位素會衰變，產生信號，於是就能數出邂逅事件發生的次數。這個實驗非常困難，因為即使有大量參與者，發生的機率還是很低，但科學家終於還是在重量達上噸的液體中，裡面至少有一兆兆顆氯原子，平均每兩天收集到一個氬同位素，也就是每兩天，在大約一兆顆微中子經過之後，會發生一次微中子與氯原子核的邂逅。果然是個孤僻的傢伙。

有四個諾貝爾獎，是與微中子的研究直接相關

在這之後物理學家還發現許多微中子的特立獨行。微中子有三種口味，行進之間，微中子會改變口味，這個現象顯示，不同口味的微中子之間事實上有一個很小的質量差，只是到現在還沒有辦法量到質量的確切值。微中子質量如何產生是一個非常令人困惑的謎，至今，還沒有解決，但已經有四個諾貝爾獎，是與微中子的研究直接相關。未來還有無數的實驗等著進一步探究微中子的性質，許多物理學家，包括我自己，相信奇異的微中子，正是我們進一步深究宇宙奧祕的一把鑰匙。

儘管科學家對它如此著迷，詩人可並不怎麼覺得有趣。我們得承認，微中子的行為的確有些冒犯。在夜晚，它們從地球另一邊的太陽，穿過地球，毫無預警就從地下侵入你家。於是，這是詩人對微中子的最後指控：

刺穿紐約正在纏綿的愛人與女郎，

就從床的正下方，科學家笑開懷，

好神奇呀、我說，真是無禮又魯莽。

但現在聽眾聽完今天的節目之後，應該比詩人更了解，微中子對於世界的現狀，實在非常重要。沒有微中子，太陽與恆星就無法燃燒。沒有微中子，放射性原子核無法衰變，就無法供應地球內在的能量，地心就不會像現在是熱騰騰的了。它默默扮演這麼多的角色，卻從不打攪我們，實在是心裡苦，但不說。

〈宇宙等級的惡劣行徑〉Cosmic Gall——John Updike

下一回的物理好好玩，我將和大家分享「2021年科學十大發現」，歡迎大家繼續收聽。