中微子

佚名

中微子的發(fā)現(xiàn)來自19世紀末20世紀初對放射性的研究。研究者發(fā)現(xiàn)，在量子世界中，能量的吸收和發(fā)射是不連續(xù)的。不僅原子的光譜是不連續(xù)的，而且原子核中放出的阿爾法射線和伽馬射線也是不連續(xù)的。這是由于原子核在不同能級間躍遷時釋放的，是符合量子世界的規(guī)律的。奇怪的是，物質(zhì)在β衰變過程中釋放出的由電子組成的β射線的能譜卻是連續(xù)的，而且電子只帶走了總能量的一部分，還有一部分能量失蹤了。物理學(xué)上著名的哥本哈根學(xué)派領(lǐng)袖尼爾斯·玻爾據(jù)此認為，β衰變過程中能量守恒定律失效。

1930年，奧地利物理學(xué)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(zhì)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(xiàn)了能量虧損。這種粒子與物質(zhì)的相互作用極弱，以至儀器很難探測得到。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。1931年春，國際核物理會議在羅馬召開，與會者中有海森堡、泡利、居里夫人等，泡利在會上提出了這一理論。當時泡利將這種粒子命名為"中子"，最初他以為這種粒子原來就存在于原子核中，1931年，泡利在美國物理學(xué)會的一場討論會中提出，這種粒子不是原來就存在于原子核中，而是衰變產(chǎn)生的。泡利預(yù)言的這個竊走能量的"小偷"就是中微子。1932年真正的中子被發(fā)現(xiàn)后，意大利物理學(xué)家費米將泡利的"中子"正名為"中微子"。

1933年，意大利物理學(xué)家費米提出了β衰變的定量理論，指出自然界中除了已知的引力和電磁力以外，還有第三種相互作用—弱相互作用。β衰變就是核內(nèi)一個中子通過弱相互作用衰變成一個電子、一個質(zhì)子和一個中微子。他的理論定量地描述了β射線能譜連續(xù)和β衰變半衰期的規(guī)律，β能譜連續(xù)之謎終于解開了。

美國物理學(xué)家柯萬（Cowan）和萊因斯（Reines）等第一次通過實驗直接探測到了中微子。他們的實驗實際上探測的是核反應(yīng)堆β衰變發(fā)射的電子和反中微子，該電子反中微子與氫原子核（即質(zhì)子）發(fā)生反β衰變，在探測器里形成有特定強度和時間關(guān)聯(lián)的快、慢信號，從而實現(xiàn)對中微子的觀測。