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失踪的幽灵粒子
碧声 2009/04/19

     
      ——太阳中微子失踪之谜揭晓   
    
    
    
    
      这个巨大的聚变反应炉所提供的能量中,仅仅是极小的一部分,
    就支撑起地球上的一切生命活动,包括我现在敲键盘的动作。天文
    尺度真是一种庞大得让人头晕的东西。
    
      太阳里面典型的热核反应是这样的:
    
      一个质子 + 一个质子 → 一个氘核(重氢)+ 一个正电子 + 一个中微子
    
      无疑,太阳会时刻释放出大量的中微子流,这对人们研究太阳
    内部活动是很有用的。因为在太阳的核心,光子产生之后会迅速被
    折射或吸收,简直没有希望能直达太阳表层并最终旅行到地球、被
    我们接收到,因此不能指望通过接收这种光子来探测太阳内核。
    
      中微子就不同,这种不带电、以光速旅行、静质量极小(从前
    认为等于零,现在看来有点问题)的粒子,具有超乎寻常的穿透力
    ——它太“懒”了,极难与其它粒子发生反应。通常的说法是它可
    以穿过100光年厚的固体铅块而不受影响,穿透太阳对它来说实
    在是小CASE。 我们可以在地球上接收这些中微子,研究它们的性
    质,来推断太阳内部的活动情况。
    
      科学家从20世纪70年代开始做这件事,麻烦也就随之而来
    了:无论怎么测来测去,接收到的中微子数量总是比根据太阳活动
    模型和粒子物理理论计算出来的要少, 实验值在理论值的1/3至2/3
    之间徘徊。也就是部,有一部分来自太阳的中微子“失踪”了。这
    就是所谓的太阳中微子失踪问题。
    
      很显然有下述可能:1、我们的太阳活动模型错了,也许太阳
    核心的温度并不像估计的那么高,所以算出来的理论预期值就是错
    的;或者2、有一些太阳中微子在旅行途中“变味”了,成了别种
    类型的中微子。
    
      中微子有三种类型,不妨理解成三种“味道”:电子味、μ味
    和 τ 味。太阳产生的中微子主要是电子味的。根据现代物理学的
    所谓“标准模型”,中微子没有静质量,而不同味道的中微子要相
    互转化,必须具有静质量。也就是说,如果是上面的第2种情况,
    标准模型就不大标准,需要修正了。加拿大、美国和英国的科学家
    6月18日宣布,他们的观测结果表明,事实正是如此。
          
    
    
               SNO中微子观测站
    
      科学家在加拿大安大略省Sudbury 的一个镍矿中建造了一个巨
    大的中微子探测器,进行了据说是迄今最精确的中微子测量。这个
    探测器就叫Sudbury中微子观测站(SNO)。它位于地下2000米处,
    体积相当于一座10层大楼,使用1000吨超纯重水。之所以要搞得这
    么麻烦,还是因为中微子那异常的穿透力——这对于传播过程来说
    固然是桩好处,对接收端来说却颇为痛苦,因为难以找到有效的方
    法来留住它。幸好100光年厚的固体铅块只是个平均算法, 偶尔也
    会有一些中微子与物质粒子发生反应,产生一抹微蓝的光芒,称为
    切伦科夫辐射。在水箱外面装上一大堆光探测器接收这抹蓝色光芒,
    便可捉到中微子的踪迹。不过中微子究竟还是太难与物质反应了,
    1000吨超纯重水的效率也不过是每天10个中微子而已。
    
      科学家声称,将SNO的观测结果与其它一些中微子探测试验的
    数据相结合,可以发现有些太阳释放出的电子味中微子确实在旅途
    中变成了其它味道的中微子。考虑到这一因素的话,实验值与理论
    值倒是很吻合的,所以太阳模型暂可不必修改,而标准模型就大有
    问题,“需要新的物理学来把新的实验结果融合进去。”
    
    


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