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      聳人聽聞的中微子武器

       黑洞6174 2014-11-12

      菅原寬孝(Hiritaka Sugawara)曾是日本頗有名氣的粒子物理學(xué)理論家,在上世紀九十年代擔(dān)任過日本高能加速器研究機構(gòu)(KEK)的總主任,為推動亞洲高能物理學(xué)實驗的發(fā)展做出了貢獻。2003年春天,剛剛退休的菅原與兩位日本學(xué)者合作,在網(wǎng)上貼出了一篇別出心裁、震驚世界的奇文,題目是“利用超高能中微子束流摧毀原子彈”。

      在這篇旨在獻給日本中微子之父小柴昌俊的學(xué)術(shù)論文中,菅原等人提出了一個能讓核武器持有者身處險境的想法:制備能量高達一千萬億電子伏(1000 TeV)的中微子束流,然后將它射向地球上任何一個地方的核武庫,摧毀或引爆核彈頭,從而達到阻礙各國發(fā)展核武器和實現(xiàn)核裁軍的目的。這種假想的中微子武器采用的基本原理是中微子的弱相互作用性質(zhì):

      一方面,中微子可以輕易穿越地球屏障,并穿透核武庫的所有保護層;

      另一方面,超高能量的中微子束流在傳播過程中與周圍的物質(zhì)發(fā)生相對較強的相互作用(其反應(yīng)截面正比于中微子的能量),沿途產(chǎn)生大量強子,這些高能強子(尤其是中子)打到核彈頭內(nèi)的钚或鈾元素后會觸發(fā)核裂變反應(yīng),起到點燃核彈頭的作用,從而使之熔化、蒸發(fā)或爆炸。

      毫無疑問,上述想法是目前的實驗技術(shù)根本無法實現(xiàn)的。

      首先,要產(chǎn)生1000 TeV的中微子束流,需要更高能量的質(zhì)子打靶,產(chǎn)生帶電p介子,后者衰變成m子,而m子在儲存環(huán)中發(fā)生衰變可以產(chǎn)生中微子。

      其次,實現(xiàn)上述過程需要建造周長至少1000公里的超級加速器,而目前正在運行的大型強子對撞機(LHC)的環(huán)形隧道周長僅為27公里。

      第三,這樣一個超級加速器依賴一個10特斯拉左右的超級磁場的存在,以便通過控制帶電粒子的方向來對伴隨的中微子作定向聚焦。而要產(chǎn)生如此高強度的磁場,需要至少花費上千億美元先制備一個超大磁鐵。

      第四,要使超級加速器得以運行,消耗的總電功率將超過500億瓦,相當(dāng)于甚至超過整個英國的總耗電功率。此外,這樣一個龐然大物的運行對周圍環(huán)境所造成的輻射危害也是難以估量的。

      菅原等人的論文出臺之后雖然被廣泛報道并引起了軒然大波,但他們的想法因不具備現(xiàn)實可行性而在學(xué)術(shù)界內(nèi)卻沒有得到重視。2008年5月,工作單位飄忽不定的華人物理學(xué)家阿爾佛雷德·唐(Alfred Tang)在網(wǎng)上貼出了一篇關(guān)于中微子武器的新論文,題目是“中微子反核武器”。該論文幾年之內(nèi)四易其稿,最新版本出現(xiàn)在2013年6月。唐與菅原等人的動機相同,就是要利用高能量的中微子束流實現(xiàn)遠程摧毀核彈頭的軍事目的。他的具體想法如下:

      首先利用加速器制備出能量約為45千兆電子伏(45 GeV)或高于此數(shù)值的正反中微子束流;

      然后使之聚焦到某處核武庫,讓束流對撞得以發(fā)生在 Z 粒子共振峰上,這樣反應(yīng)截面會很大;

      最后 Z 粒子的衰變產(chǎn)物(如伽馬射線)會點燃或引爆核彈頭。

      唐所設(shè)想的中微子反核武器裝置雖然要求的中微子束流能量較低,但也很難實現(xiàn)。一般說來,從兩個加速器中引出的中微子和反中微子束流具有固定的方向,要想讓它們恰好在地球另一端的核武庫中實現(xiàn)有效對撞并產(chǎn)生足夠數(shù)量的 Z 粒子,操縱者必須精確知曉三者的方位,并保證高強度束流的準直性。這使得該想法的技術(shù)難度大增而實用性大打折扣,核彈頭通常是可移動的,但加速器的位置卻必須固定。能量處于45千兆電子伏附近的中微子束流也會和大氣中微子發(fā)生反應(yīng)而損耗,原因在于后者的能量在很大程度上處于10至100千兆電子伏的范圍。

      所以我們有理由相信,開發(fā)中微子武器仍舊只是一個遙不可及的夢想,而且利用它來摧毀核武庫的后果很可能是災(zāi)難性的。除非中微子束流的遠程攻擊能夠保證核彈安全地分解并失效,否則一旦引發(fā)任何形式的核爆炸,其后果都與常規(guī)的核打擊沒有本質(zhì)區(qū)別,而且從根本上背離了核裁軍的目的。

      事實上,“中微子技術(shù)”是一部分物理學(xué)家近年來特別關(guān)注的研究課題。他們的出發(fā)點很簡單,就是期待在可望的將來像應(yīng)用光子技術(shù)那樣實現(xiàn)中微子技術(shù)的廣泛應(yīng)用。目前已經(jīng)被探討的可能性包括利用中微子勘探油田、發(fā)展針對地球和恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的中微子斷層攝影術(shù)、利用中微子預(yù)測地震、利用中微子探測器監(jiān)視有效距離內(nèi)的核試驗、通過中微子實現(xiàn)遠程通訊(例如與外星人的交流,以及與深水潛艇的秘密通訊),等等。所有此類研究都基于中微子的極強穿透性、直線傳播特點和振蕩效應(yīng),但是它們都無一例外地需要建造超級加速器或者大型探測器。也許有一天,中微子技術(shù)的突破能夠讓科學(xué)家們實現(xiàn)這些夢想。


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