质子半衰期高达1000亿亿亿年，科学家是如何进行测量的？
艾伯史密斯2019-09-03 00:09
质子的半衰期至少为10^35年（1000亿亿亿年），这是当前日本超级神冈探测器给出的测量数据，关于质子半衰期的准确值，在理论上还是一个谜团；这么长的半衰期，哪怕一个人身上的所有质子，在一生中也很难发生一次质子衰变事件。
我们知道，原子由原子核与核外电子构成，原子核又由质子和中子构成；中子在自由状态下的半衰期大约只有15分钟，但是在原子核内却异常稳定。
而质子无论在自由状态下，还是存在于原子核中都很稳定，标准模型预言质子也是可以发生衰变的，衰变产物是更轻的基本粒子，比如π介子、正电子和中微子等，但是从实际中来看，质子衰变半衰期肯定是非常长的，理论预言也长达10^31年。
在上世纪八十年代，日本建造了一台名为“神冈核子衰变实验”的探测器，主要目的就是为了探测质子衰变现象，该探测器建在地下1000米深处，使用5万吨的超纯水，1万多个光电倍增管，用来捕捉质子衰变时释放的粒子。
5万吨超纯水大约有3*10^34个质子，探测器经过多次升级和改进后，哪怕其中有一个质子发生衰变，都能被探测器捕捉到踪影，但是也有来自外界粒子的影响，经过多年的探测，该设备探测质子衰变的目标落空。
最大原因是质子衰变的半衰期，远比理论预言的要长，根据该实验的探测结果，科学家给出的结论是——“质子衰变的半衰期至少为10^35年”。
这个数据相当于2000万亿吨的物质，在一分钟内平均只发生一次质子衰变事件，这样的小概率事件，对于现有的探测器来说根本无法进行准确测量。
日本该探测器对质子衰变的实验算是失败的，但是该探测器在1987年捕捉到了来自大麦哲伦中超新星1987A发出的中微子，为此次超新星爆发提供了珍贵的数据。
后来该探测器改名为“超级神冈中微子探测实验”，简称“超级神冈探测器”，专门用来研究中微子的性质，其中发现中微子振荡有关的现象，研究人员分别在2002年和2015年获得诺贝尔物理学奖。
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