“鬼魅粒子”——中微子

本世纪二十年代，物理学家一般都认为：构成原子的亚原子粒子只有电子和质子，不会存在新的亚原子粒子。然而泡利正是在这种气氛下提出了一种新粒子——中微子。虽然它在基本粒子家族中很早就被提出来了，但物理学家至今还未完全了解它。它在自然界中来无踪、去无影，神出鬼没，弄得物理学家们手足无措，因此，有人给它一个绰号“鬼魅粒子”。1914年，查德威克在对放射性物质的β衰变进行观测时，发现β衰变放射出的电子的能谱呈连续分布，而且，整过反应过程能量不守恒，总能量发生了损失！这就是轰动一时的“能量失窃案”。物理学家们为了破获这起“失窃案”，提出了各种设想，但都未得到满意的结果。
     1930年底，泡利这位具有强烈物理直觉的物理学家，与众不同地提出了一种新的设想：核中除了公认的电子和质子之外，还有一种自旋为 1/2，不带电荷的中性粒子，在β衰变中，除了放出电子外，也同时放出这种中性粒子。开始时，泡利把它称为“中子”，但在查德威克发现真正的中子之后，费米就把它改称为“中微子”。并提出了完整、详细、定量的β衰变中微子理论。例如中子和质子的β衰变反应方程分别为：n→p + e + ? ，p→n + e+ + ? ，式中的? 就是中微子。由于中微子质量为零，且穿透能力极强，即基本不与其它物质发生相互作用，因此，要用实验来观测它也就相当困难了。
     1956年6月15日，泡利收到了美国物理学家莱因斯和柯万的电报：“现谨奉告：通过观察质子的逆β衰变，我们已经确定地从裂变碎片中观测到中微子，测得的截面和预期值6×10^-44厘米²符合得很好。”泡利高兴得当即复电：“得来电，甚感，知道如何等待的人会等到每一事物。”泡利等了27年终于等来了中微子。虽然中微子终于捕作到了，这“鬼魅粒子”的神秘面纱并没有被完全揭开。太阳是一个大火球，它里面每时每刻都在进行着剧烈的热核反应，而这种反应会放出大量的中微子。由于中微子的奇特穿透本领，在宇宙中间如入无人之境，要观测它极不容易。直到70年代，美国科学家戴维斯才设计出了一种捕捉中微子的方案。他们在一只巨大的钢箱中灌入610吨净化的氯化乙烯，利用太阳中微子被氯原子吸收产生氩原子的反应： 实验是在1500米深的废金矿里进行的。1980 年，戴维斯公布了测量结果。这一结果使物理学家们感到大出意料：观测到的太阳中微子数不及理论值的1/3，有2/3 的中微子竟然失踪了！这就是在科学界引起巨大震动的“太阳中微子失窃案”。中微子质量是不是零，是当今物理学界最关心的一个问题。
     现在知道，中微子可分为三种：?e（电子型中微子）、?u（u 型中微子）、?τ（?型中微子）。如果中微子质量不为零，则这三种中微子可相互转化，这种现象就叫做“中微子振荡”。由于三者相互转化，使太阳产生的ve在传到地球的过程中，有2/3转化为?u和?τ了，只剩下1/3的?e。而戴维斯的实检测的只有?e，这样，理论就和实验一致了。1980年，苏联物理学家测得中微子?e的质量为6.0×10^-35千克；1983年，我国物理学家测得的值为5.35×10^-35千克。但这些结果都不能令科学家们信服，中微子质量究竟是否为零，至今仍是一个谜。