大學物理教材關于微觀粒子的不足與改進

隨著科學技術水平的不斷發展，人類對微觀世界的認識也在不斷更新發展。而大學教材關于這方面的知識點，卻沒有得到更新，還保留在幾十年前的水平。本文就如何改進這方面的知識和教學談一點粗淺的看法。

一、中微子簡介

1. 中微子的發現

1930年，奧地利物理學家泡利提出了一個假說，認為在β衰變過程中，除了電子之外，同時還有一種靜止質量為零、電中性、與光子有所不同的新粒子放射出去，帶走了另一部分能量，因此出現了能量虧損。這種粒子與物質的相互作用極弱，以至于用儀器也很難探測得到。未知粒子、電子和反沖核的能量總和是一個確定值，能量守恒仍然成立，只是這種未知粒子與電子之間能量分配比例可以變化而已。

1932年，意大利物理學家費米將該粒子命名為“中微子”。

1956年，柯溫（C.L.Cowan)和弗雷德里克·萊因斯利用核反應堆產物的β衰變產生反中微子，觀測到了中微子誘發的反應：ve+p→n+e+。

這是第一次從實驗上得到中微子存在的證據。

1962年，美國布魯克海文國家實驗室的物理學家利昂·M.萊德曼等人發現了中微子有“味”的屬性，證實了μ子中微子和電子中微子是不同的中微子。他們也因此獲得了1988年的諾貝爾物理學獎。2000年7月21日，美國費米國家實驗室宣布發現了τ子中微子存在的證據。

2. 探索中微子的質量

當人類發現中微子后，科學家也開始研究中微子的質量。由于當時科學技術水平和實驗條件的限制，科學家們認為中微子的質量為零。1968年，美國物理學家雷蒙德·戴維斯等人在美國南達科他州的Homes- take地下金礦中建造了一個大型中微子探測器，通過探測發現，來自太陽的中微子比理論預言減少了1/3，這就是太陽中微子問題。

針對太陽中微子的缺失問題，人們首先想到的是修改標準太陽模型。如果測量到的中微子流量是準確的，那么，要求太陽核心的溫度比標準太陽模型中的溫度低，而日震觀測發現實際溫度與標準太陽模型符合得很好。此外，無論怎樣調整太陽標準模型都無法符合觀測得到的中微子能譜，對模型進行任何調整都會令矛盾增多。

另一種解釋是中微子振蕩，即中微子在傳播到地球途中發生了轉換。中微子有三種，分別是電子中微子、μ子中微子和τ子中微子。粒子物理學的標準模型預言，中微子是沒有靜止質量的粒子。如果三種中微子之間可以相互轉換，那么意味著中微子是有質量的，這是因為如果中微子會發生振蕩，只要振蕩幾率不為零，那么，中微子的質量之差也不為零，從而能夠證明中微子是有質量的，這將對粒子物理學的許多基本觀念提出挑戰。

1998年6月5日，日本超級神岡探測器的科學家們宣布找到了中微子振蕩的證據，即中微子在不同“味”之間發生了轉換（電子中微子和μ子中微子間變換），這現象只在中微子的靜止質量不為零時才會發生。然而，這個實驗只能測出不同“味”的中微子質量之差，尚不能測得其絕對質量。但是可以肯定的是，中微子確實是有質量的。

二、大學物理教材關于微觀粒子方面的不足與改進

1. 大學物理教材的不足

綜上所說，盡管中微子的絕對質量問題到目前為止還沒有讓大家普遍接受的理論，但是中微子確實有質量。可令人遺憾的是，大部分的大學物理教材在這方面的內容卻沒有得到更新，仍舊認為中微子是無質量的。這樣就會導致不少大學教師在向學生介紹這方面知識的時候，會產生誤導現象。這也說明了我們的教材與當代科技水平的發展還不能達到同步，缺乏對當代世界最先進的理論的引入和介紹。因此，如何讓我們的大學物理教材及時與世界科技的前沿問題接軌成為迫切緊要的問題。

2. 大學物理教材的改進方向

現在世界已經進入互聯網的時代，互聯網的迅猛發展使得我們能夠及時了解科技發展的最新動態，這對大學教材內容的及時更新提供了非常有利的條件。我們可以通過互聯網更多地了解與自己領域相關的新技術的發展動態，并把這種新發展及時在教材中做出更新。同時，教師還應該多關注國外的一些優秀教材，學習如何將最新的科學技術有機研究融合在大學教材中。要學會“拿來主義”，將國外先進的教材內容與中國國情相結合，轉變成適合中國大學生使用的反映科學發展前沿成果的優秀教材。(作者單位：中國人民解放軍軍事交通學院基礎部)

□責任編輯：周瑜芽