10、中微子是如何被发现的？揭开中微子的神秘面纱在线免费阅读

上回咱们说到说泡利在1930年为了破解能量失窃案啊，保护这个贝特衰变当中的能量守恒，哎，他提出了一个假想的粒子，用它来填补丢失的那部分能量。1932年费米给它重新起了个名叫做中微子，说到1932年这可是物理学上不平凡的一年，你看啊，这一年发现了中子，发现电子，中微子也正式得名。还有一件小事儿啊，这对之后的影响也是很大的，那就是1932年爱因斯坦为了躲避希特勒的迫害，举家迁往美国。有人就曾经说过，从这开始，这就注定了世界的科学中心转移到了美国，你可见伟人的力量是多么的强大。到了1933年，费米又接着提出了贝塔衰变理论啊，解决了咱们之前一直留着的那个问题，就是原子核里边儿它没有电子诶，那它怎么能够放射出这个高能电子束？费米说是因为原子核衰变产生了电子啊。并且还会产生中微子，实际上这个贝塔衰变理论当中最主要的是费米提出了弱相互作用，也就是他提出了第三种基本作用力。之前的两种就是万有引力和电磁力啊，但是这两个力呀都不能够使原子核发生衰变，所以费米又提出了弱力，衰变就是由于这个弱力导致的。这个问题咱们之后再细聊啊，今天呢咱们继续把中微子的故事聊完啊，正常的话应该是编年史的，不过为了故事的整体性，咱们就把关于寻找中微子的这个故事啊一口气儿和大伙儿全部都说完。寻找中微子很困难，难在哪儿呢？首先它不带电，不带电就意味着它不参与电磁相互作用啊。其次很小，很轻啊，小到什么程度比电子的质量还要小，甚至啊就是人们原以为这个中微子它是没有静止量的，和光子一样，它能够具有光速。但是他又不发光，那你说怎么找啊？我们正常想要找一个粒子，你要么就能够直接看到他，那要么就看他和谁怎么反应，哎，然后我看这个反应的变化也行。但是之前咱们说过啊，看这个是有物理过程的，就是光子打到物体的身上，然后反射进入到我的眼睛里，不过才能够看到。中微子太小了，这光子想要达到这中微子的概率那都很低，低到什么程度呢？哎，咱们之前说过原子核的体积大概是原子的几千亿分之一，也就是说一个中微子它从一个原子当中穿过去。他想要达到这个原子核的概率大概就是千亿分之一，那你按照现在原子的密度吧，一个中微子大概就要穿过1000亿个地球才能够和一个原子核发生碰撞，概率就这么低。宇宙射线当中的中微子每秒钟大概有上万亿个从我们身体当中穿过，但是即便是这样，那发生碰撞的概率也是微乎其微的。有人就会说了，哎呀，太可怕了，这每天有这么多中微子从我身体当中穿过我，那我得躲屋里，这显然没有用啊，你就是躲到地球的另一端，从你身体当中穿过的中微子就该有多少，他还会有多少，因为地球也挡不住中微子，所以中微子又被称作是幽灵粒子。看过这个电影2012吗？这里边儿就说这个地球毁灭啊，就是因为中微子和地核当中的某种物质啊碰撞了，发生反应了，然后这个地球就毁灭了，这显然也是不靠谱的，如果真的就这么容易碰撞，那就不会说寻找中为子有多么困难，所以从泡利和费米预言了中微子之后，人们一直拿这个幽灵粒子，没办法。第一个提出可行性的物理学家是我国的王淦昌先生，你看咱们又说到这个王老了，1941年的时候啊，当时这个王老师已经回国了，是在浙江大学任教，他提出了一种办法，说可以用来检测中微子到底存不存在啊，这个办法呢叫做k层电子俘获。简单和大家说一下是咋回事儿啊？当时人们发现有一种核反应啊，应该可以产生中微子，就是一个核A在发生衰变的时候会变成核B加上一个正电子，再加上一个中微子。

其中这个核B叫做反冲核，它的动量和能量是比较容易测量出来的啊，但是你反应之后生成三种物质啊，就正电子它就不好测量啊，所以这就导致你测算的这个中微子的质量和能量就不够准确。那所谓K层电子俘获就是说原子核外围的电子轨道它是分层的，

最里边儿的这层就是最靠近原子核的，这层就叫做k层。那k层电子俘获就是说核A可以通过俘获k层上的电子的方式来进行衰变，那反应式就变成了核A加上电子，然后生成一个核B再加上中微子，

这回就生成两个粒子了，这反冲核的动量只要测的够准确，你就可以知道中微子的质量和能量了。王淦昌先生还建议说可以尝试用轻金属铍的k层电子俘获来检验中微子的存在。

于是呢他就把这个方法写了一个论文啊，寄给了当时的中国物理学报。但是当时中国物理学报是每一年就出版那么一起，所以就把这个论文就给退回来了，于是王淦昌先生就只好就把这个论文寄给了美国的物理评论，到了1942年的时候啊，是1942年初就发表了出来。他发表之后就引起了这个巨大的轰动，因为有了理论上的可行性了呀，不过在实验当中那也是很难完成的，到了1952年才有人证明说王淦昌先生的办法啊是真实有效的。所以严格意义上来讲到了1952年这中微子就算是被证实了，也打消了人们对于中微子的怀疑，只不过是通过间接测量出来的。使用的就是我国物理学家的智慧啊，那下一步就是直接测量了呗，四年之后也就是1956年有两个人啊，分别叫做莱因斯和科温，他们首次完成了直接观察中微子的实验。

这当时二战已经结束了，美国有很多这个原子核反应堆,反应堆当中的原子核反应啊，就会产生大量的中微子，所以他们就在这个反应堆旁边做的实验啊，用了200升水和370加仑液体闪烁体作为这个探测器。然后给他放在这个反应堆旁边儿很深的一个地下室的实验当中，经过很长时间才探测到了少量的中微子。后来发现啊，实际上他们探测到的是反中微子，然后1956年的时候，这个莱因斯和科温就赶紧给泡利发电报说观察到中微子了，哎，泡利当然是很高兴啊，不过这二位的诺奖发的就比较迟，一直到了1995年才决定给他们俩颁发诺奖。但是此时的科温早都已经去世了，就只有78岁的这个莱茵斯一个人去领奖，从这儿开始关于中微子的理论和实验啊就全部得到了证实。但是到了六几年的时候啊，出现了一个未解之谜，咋回事儿呢？你看啊，我们地球上接收到最多的中微子来自哪儿？来自太阳啊，这太阳就是一个巨大的核反应炉啊，它主要发生的反应就是聚变啊。所以太阳就是一个一直在爆炸的氢弹，那啥叫和聚变？聚变说白了就是比较轻的原子核，它聚在一起，然后变成了相对比较重的核啊，然后释放这个能量的过程啊，比如说氢核就是质子啊，他会聚变成氦啊，那就是氢弹。那裂变呢就是反过来呗，就相对较重的核，然后分裂成相对较轻的核，然后释放大量的能量，这就是原子弹，那太阳就是一个大氢弹。这个太阳上发生的核聚变反应啊，每秒钟要消耗6.2亿吨的氢，每秒钟6.2亿吨呢。那得产生多少中微子，所以中微子是自然界当中所有基本粒子里边儿数量排名第二。第一是光子，注意，光子可不是说可见光的最小单位，光子是所有电磁波的最小单位，所以排名第一。那这个当时的未解之谜就是啊人们根据太阳的这个理论模型粗略一计算啊，就能够计算出它大概产生多少中微子的这个数量。但是我们实际通过实验探测到的中微子的数量仅仅是理论值的1/3，缺了2/3，你这可不是误差的事儿，所以这件事儿在当时就被称作是太阳中微子失踪之谜。就理论值很好计算了，实验值是怎么来的呢？哎，那咱们还得说两个人，第一个人叫做戴维斯，还是美国的物理学家，其实心细的朋友啊，应该会记得吧，就咱们之前在聊这个诺贝尔奖的时候提过这位，他就是诺贝尔物理学奖有史以来得奖年龄最大的那一位。咱们先来看他干了啥，70年代的时候啊，人们发现虽然这个中微子啊就是几乎不和任何物质发生反应，但它还是有东西能和中微子反应的，哎，就是氯37。中微子可以和氯37发生反应，生成氩37和电子，

这氩是惰性气体呀，所以有办法了，这戴维斯当时是用了四氯乙烯啊做的这个探测介质，四氯乙烯是啥？就是清洗剂的主要成分，就一般干洗店都用这个，呃，有刺激性甜味儿，浓度高了，你能中毒啊，致癌这个东西。那当时这个戴维斯就大批量采购这个四氯乙烯，采购的时候人家还问他呢，说你是要开这个洗衣店吗？啊，说你要不要这个衣架啊？你看这实验室在哪儿呢？就在美国的霍姆斯特克金矿，这个地方曾经开采出大量的黄金，戴维斯，就选的这儿，呃是在地下1500m深的一个矿井，当中建了一个实验室，配比了六百多吨，这个四氯乙烯的溶液就只要氯变成了氩，那就会生成气体，就有一个小气泡就冒了出来，那就证明这个中微子和氯元素发生碰撞了。但是咱们之前也说了碰撞的概率有多低，对吧？所以戴维斯在地下的这个矿坑当中一般就是三十多年。这三十多年啊，他也仅仅探测到了大约2000个中微子，但正是这2000个中微子的数据啊，人们发现了太阳中微子失踪之谜。你看多不容易啊。还有一位来自这日本的物理学家叫做小柴昌俊啊，他是在日本的一个1km深的矿坑里边儿做的这个实验啊，用了5万t的纯水和一万多个光电倍增管，呃，就当这个中微子和纯水里的原子核发生碰撞的时候呢，就有可能会产生短暂的光速的离子，准确的说是像素超光速的群速度还是呃不会超光速的，然后会发出这个淡蓝色的光辉，这种辐射叫做七连科夫辐射。然后呢这个探测器检测到冒蓝光了来，就说明这个中离子的发生碰撞了，小柴昌俊很幸运，为啥这么说呢？他的实验啊实际上是在1986年底才算正式开始的，呃，之前一直就调试设备了。到了1987年初1987年2月24日发生了这么一件事。大麦哲伦云中的一颗这个超新星爆发了，这是自1604年开普勒超新星以来啊，观测到最亮的一次超新星爆发，为啥叫超新星呢？因为最开始人们发现啊，这是太空中就突然会出现一个恒星越来越亮，越来越亮，就以为是一个新产生的恒星啊，所以就起了个名叫星星啊，超新星就是最厉害的，但是后来发现啊这超新星并不是新产生的恒星啊，而是一颗恒星，它到了末期的时候会发生这个巨大的爆炸啊，这种爆炸就特别明亮，那带来的的这个电磁辐射甚至能够照亮整个星系，一般都会持续几周或者是几个月。1987年啊，这颗超新星就被很多这个天文学家观测到了，哎，这就是小柴昌俊的幸运，那天他就发现说自己的这个神钢实验室里啊就探测到了大批量的中微子。说是大批量，实际上也就13个啊，但是比平时你偶尔的一两个那多多了呀，哎，感觉就不对，果不其然，过了三个小时啊，这有人来电话说这个大麦哲伦云一颗超新星爆发了。这种感觉啊绝对是无比奇妙的，你看这颗超新星距离我们是16.8万光年，也就是说小柴昌俊探测到了至少啊来自16.8万年以前产生的中微子。奇妙吧，2002年的诺贝尔物理学奖决定把本年的诺贝尔奖啊这个颁发给戴维斯和小柴昌军，02年戴维斯已经是88岁了啊，而小柴昌俊也已经是76岁了。四年之后，也就是2006年戴维斯先生就去世了，小柴昌俊，呃，到现在还健在啊，然后根据这二位的实验数据就都证实了这个太阳中微子失踪之谜，也就是来自太阳的中微子啊，莫名其妙的就少了2/3。那到底是什么原因呢？哎，这个问题的答案啊就是在近几年才给出的，人们发现这个中微子它不止一种，有三种啊，分别是电中微子。秒钟为止和涛中微子，那戴维斯和小柴啊，他们在实验当中探测到的就只是变中为止，那自然就会少了2/3啊，而且啊这三种中微子它还可以随着时间相互转化，哎，这个过程就叫做中微子震荡。如果中微子他要是能够发生震荡啊，那他就必须得有经质量，所以近年来很多物理学家都在研究这个课题。最先通过实验证明了中微子震荡的人啊，就是小柴昌俊的学生，叫做尾田龙杖。实验地点啊也是当年小柴他们所使用的这个神钢实验室，另外一位物理学家是加拿大的阿瑟迈克糖呢，呃，他和伟天龙章二人啊，呃，因为在实验当中发现了中微子振荡，因此证明了中微子具有质量啊，共同获得了2015年的诺贝尔物理学奖。这就已经离我们很近了呀，啊，因为这个中微子啊它很难与别的物质发生这个相互作用，所以只要我们有办法探测到中微子那就有可能接受到遥远的这宇宙发射过来的中位子。目前最先进的中微子观测站啊，位于南极的这个冰层之下，叫做冰立方s cube于2010年12月8日建造完成。就在前几天啊，就2018年的7月12日这兵力方中微子天文台啊宣布第一次成功确认高能宇宙中微子的来源，人类探测到了一个来自37亿光年之外发射来的重离子。这也是人类历史上啊第一次使用中微子探测器来定位这个空当中的物体。至此关于中微子的故事啊，咱们就可以先告一段落了，下期咱们继续回到上个世纪，看看下一个基本例子又是啥呢？那今天咱们就先聊到这儿，我是妈咪叔，一个较真的李功男人。下期见，拜拜。

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