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| 75中微子(1) |
| 这个世界上，在科学家发现的众多粒子中，如果要评选出，最神秘莫测，最富有魅力的粒子，那荣登榜首的无疑将是中微子;如果要评选出，让科学家花钱最多，花的时间最多，精力也最多的粒子，中微子也将当仁不让地排在前三甲;而从现在开始，如果要评选出，最有前途，也就是对人类贡献可能会很大的粒子，那也将是中微子。
这上百种的粒子，在科学家们的眼中，就是一大群肉嫩味美的猎物，但是，并不是所有的猎物我们都能吃到口。比如夸克，我们花重资把它研究来研究去，最终能得到什么呢？这实在是说不清楚，我们只能说，研究它可能会有助于我们对宇宙起源的认识，呵，这是多么的虚无飘渺。以这种理由来申请科研经费恐怕也会失败。所以，在现在的条件下，我们最好锁定一些非常重要的粒子，最有可能对我们日常生活带来改变的粒子，然后不惜人力物力，坚持不懈地去研究，以期取得重大突破。而中微子，现在正是科学家们的宠儿，是被重点锁定的对象。 什么是中微子？在所有的物理爱好者中，可说是无人不知无人不晓。不过，中微子是如此的神秘，魅力无穷，所以我们不在乎，再去了解一下它的身世。总的来说，中微子是一种不带电的，质量趋于零，穿透力惊人的粒子。几乎所有人第一次听说中微子时，最先惊讶的，是它那无以伦比的穿透力。一些有名的科普作家和科学家是这样描述它们的: 马克斯·普朗克学会所属的天体物理研究所所长鲁道夫·基彭哈恩说:为了躲避一个朝我们飞来的中微子，我们需要躲在一堵墙的后面，这堵墙的厚度若是以公里为单位，那么需要用一个15位的数字来表示。幸运的是，我们不需要对中微子进行防护，因为当它们穿过我们时，不会损伤身体的任何一个原子。 因此在太阳中心产生的中微子是以直线朝空间飞出去的，并且也能和地球相碰。无论是白天或是黑夜，它们都可以毫无阻挡地穿过地球。白天是从上面飞来，而夜晚则是从地底下飞来。假若存在中微子望远镜可以观测中微子的话，那么就可以看到在日面的中心有一个小的亮斑。这个亮斑是在恒星的中心区域，即有质子-质子-反应发生的地方产生的。用这架望远镜当然也能在晚上看到这个亮斑，只需在太阳下山以后，把望远镜指向地平面以下太阳所在的方向，因为地球对于这架望远镜来说是透明的。 而卡尔·萨根则说：中微子与光子一样，无重量，以光速传播，但中微子不是光子，它不是一种光。中微子与质子、电子和中子一样，具有固有的角动量，或称为“自旋”，而光子是根本没有自旋的。对中微子来说，物质无所不能穿透。它几乎能毫不费力地穿过地球和太阳，只有极小部分被干涉物质阻滞而不能通过。在我们朝太阳直视一秒钟时，有10亿个中微子穿过我们的眼球。当然，中微子不会像光子那样停留在视网膜上，而是势不可挡地穿过我们的头。奇妙的是，在晚上，我们低头朝着太阳的方向--地面时（就好像我们的脚下没有地球把太阳挡住一样），几乎有等量的太阳中微子穿过我们的眼球。像可见光可以轻易地穿透玻璃那样，中微子可以轻易地穿透地球。 如果我们对太阳内部的认识能像我们所想象的那么透彻，而且又懂得中微子产生的核物理学，那么我们就可以准确地计算出单位时间内在单位面积上所接收到的太阳中微子数量，譬如在我们的眼球上每秒钟所接收到的中微子数。(注，萨根说中微子无重量，是过去的看法，不是正确的。另外它说中微子无所不能穿也值得考证，比如，它能穿过中子星吗？) 还有人说，若要把从太阳发射出来的中微子流完全挡住，即全部吸收掉中微子流，则需要放置非常厚的铅板，其厚度超过地球到太阳的距离（1亿5千万千米）的10 000倍。 中微子是如此奇妙，它最大限度地引发了很多人的想像。美国小说家约翰·阿普戴克(John Updike)对中微子也着了迷，并因此写了一首关于它的诗。科学家阿·热说，这是仅有的一首由文学家所写的关于亚核粒子的诗： 中微子啊多么小， 无电荷来又无质量， 完全不受谁影响。 对它们地球是只大笨球， 穿过它犹如散步， 象仆人通过客厅， 如光透过玻璃。 它们冷落精心装扮的气体 无视厚实的墙 冷漠的钢和坚硬的铜。 它们凌辱厩里的种马 蔑视阶级的壁垒 穿过你和我！就象那高悬的 无痛侧刀，它们落下 切过我们的头又进到草地。 在夜里，它们进到了尼泊尔 从床底窥视 一对热恋的情侣。 你呼其奇妙！ 我呼其非凡！ 唐僧同志听完诗歌朗诵后，说:“他的诗不怎的，我也会，你们听好了: 悄悄的 我来了 正如我悄悄地走 偷偷地 我走了 正如我偷偷地来 我拍一拍衣袖 不带走一粒尘埃 ” 八戒说:“什么东西？怎么搞成了拍灰！我对中微子可没好感，它们肆无忌惮地穿过我们的身体，侵犯了我们的主权，完全把我们视为无物，我要作一诗来发泄我对它们的愤慨: 想来 就来！ 想走 就走！ 公共厕所啊！？ ”(选自《疯狂的石头》之经典台词) 行啦，诗歌朗诵会就此打住，回到正题。 沙同志急忙说:哎--等等等，我还没作呢……… ………… 说起对中微子的发现，还有一段故事。20世纪初，科学家们对放射性等现象进行研究时，发现了一个谁也解释不了的怪事。所谓β衰变，就是一个中子变成一个质子和一个电子的过程。对此过程的研究后，人们发现，前后的能量不守恒。什么意思呢，打个不恰当的比喻，一辆车在高速路上跑，此时，车有一个动能。可车跑着跑着就分了家，有一个前轮飞了出去(就像中子变成一质子一电子一样)，接下来会不会车毁人亡我们还不敢肯定，但有一点我们是可以肯定的。即，车子分家的那一瞬间，那个前轮的动能加上只剩下三个轮子的车的动能，一定等于小车分家前的动能。因为只有这样，才符合能量守恒定律。 但是，在中子衰变的前后，能量并不守恒。无论人们怎样改变测量方式，也不管我们测量的有多精确，反正就是不守恒，有一部分能量不知道跑哪去了。这到底是怎么回事呢？大家为难了，不知如何是好。微观的量子世界真是千奇百怪，什么离经叛道的事都可能发生，我们最好别用经典的物理去解释那量子的世界，呵呵，是这样吗？伟大的量子力学奠基人之一波尔，他为了解释这个现象，说，是的，在微观的量子世界，能量有时候是不守恒的。波尔的意思是，大家别在此问题上耗费时间精力了，赶紧进行下一步的研究吧。然而，事隔很多年后，好心的波尔为他的这句话付出了代价，几乎所有的科普书在介绍中微子时，都要提及波尔的这次败笔。事实证明，没有研究就没有发言权，就算是权威，他做出的推测，也只能是推测而已，不代表任何事实。 话说，这次“能量失踪”事故让波尔大掉面子的同时，却成就了另一个人的威名。此人就是传闻颇多的泡利。 如果说能量守恒是一种信仰，那我们不得不说，泡利比波尔对这种信仰更加的坚信不疑。他认为，能量守恒绝对是不能破坏的，这是宇宙的法典之一。所以，在1930年时他首次鼓起勇气大胆地说，在β衰变中，除了生成质子和电子外，还有一种粒子(中微子)，正是这种粒子带走了丢失的能量，故能量是守恒的。1931年，他又一次在物理大会上提出并修正他的看法。但是，他又接着说，这种粒子是不带电的，没有质量的，也是不与任何物质发生作用的，所以我们是探测不到的。呵呵，这说的什么话，存在却又探测不到，这不等于不存在吗？如果我说在β衰变中除了生成质子和电子外，还生了一小猪，只是这猪探测不到，你信吗？ 在泡利的所有传记中，他是以对同行的怀疑和苛刻而著称的。不过，我们不能因此怀疑他的做人问题，因为他对自己也很苛刻，也充满了怀疑。当他提出了中微子假说后，随后就意识到了问题的严重性，为了缓解压力，可爱的泡利在给朋友的信中诉苦道:“我犯下了一个物理学家所可能犯下的最大的过错:推测出存在一种不能提交给实验物理学家作验证的粒子。” 看来，泡利对自己确实是要求过严了，因为中微子在1956年，也就是泡利去世的前两年被发现了。发现者是美国的莱因斯和柯万，这让莱因斯在1995年获得了诺贝尔奖。这奖来的实在太晚，获奖后的他第三年就去世了。 《可怕的对称》一书的作者说，中微子是第一种预言存在后，在实验室发现的粒子。我不是很赞同这种说法，因为卢瑟福早在1920年时就曾预言原子核里面应该有一种不带电的，起中和作用的中性粒子。而查德威克在1932年就发现了卢瑟福所预言的中子。 |
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