提起粒子物理,你首先想到的是深埋地下足以环绕一座小城一周的粒子加速器,还是暗物质、暗能量这类宇宙奥秘?是不是很难和农田、种地联系起来?宇宙射线和农业能产生怎样的关联? (左图:京都大学;右图:veer图库)其实,除了深奥的前沿课题,粒子物理不仅在医疗诊断、工业探伤等领域都发挥着巨大的作用,还在农业技术中有应用场景——研究人员正在尝试借助宇宙高能粒子流指示土壤含水量,以此来制定科学的土地灌溉方案,保证农作物的健康生长。
不是太小,就是太广土地的含水量怎么会和宇宙射线搭上关系呢?让我们先从传统的土地湿度检测方法说起。
一种常用的检测仪器是电容式土壤水分传感器。
顾名思义,这种仪器将湿度与电容联系在一起,而电容是电子元件的一个参数,与一种叫“相对介电常数”的物理量有关。
土壤的主要成分中,水的相对介电常数约为80,而其他物质的相对介电常数在3~7左右,大大低于水的值。
因此,土壤的相对介电常数主要由水的占比决定,水含量的细微变化就能引起土壤整体介电特性的改变。
这种改变反映在电容值的波动上,根据测得的数值差异,传感器就能计算出土里具体含有多少水。
一种土壤湿度计 (图片