最鬼魅的粒子：中微子，科学家为了它放弃能量守恒，至今仍是个谜
1896年，著名的物理学家贝克勒发现： 铀具有放射性 。第二年，卢瑟福和汤姆孙让铀的放射线通过磁场，并发现了铀的放射线中有三种成分，分别带正电、不带电和带负电，他们对这三种射线分别命名为 α射线、γ射线、β射线 。
实验物理学发现了的这些物理学现象需要理论物理学来解释，也是在20世纪初期，许多理论物理学家投身于研究衰变现象。
如今我们知道，β衰变其实是原子核内中子发生衰变，转化成了质子，同时会释放出一个电子和中微子。不过，在当时科学家们并不知道中微子的存在。
他们发现电子并没有带走所有的能量，而只是带走了一部分的能量，这就导致在衰变的过程中能量和动量都不守恒，只是电荷守恒了。为此，β衰变一直以来都让理论物理学家们头疼不已，量子力学哥本哈根学派的领袖波尔就曾经为此头疼不已。他甚至一度怀疑能量守恒定律是不是错了？
那你可能会问：为什么他们没有发现中微子呢？
这其实就是中微子的特点，中微子首先不带电，其次质量极其小，小到如今我们还无法测算出它的质量。因此，100年前的科学技术更是无法捕捉到它的存在。
虽然当时的科学家对此一头雾水，但是也有明白人，他就是泡利，此人有一个外号叫做： 上帝之鞭 。他曾是天才少年，也是鼎鼎大名的物理学家。
据说爱因斯坦在演讲时都会看看台下有没有泡利，如果有，就会小心翼翼地讲，以免被泡利怼。在当时的物理学界，被泡利怼过的物理学大师不在少数。上文中说到的波尔就被他怼过，我们国家的物理学家杨振宁在刚出道时，也曾经被泡利为难得下不来台。
泡利认为，β衰变中的能量、动量和自旋角动量应该还是守恒的，因此，他认为还存在着一种粒子，只是科学家们还没找到，这就是 中微子假说 。
不过，这仅仅是假说，要把这个假说坐实，还需要真的找到中微子。在接下来的20多年里，科学界都在找中微子。
从1967年开始，无论科学家还什么样子的方式来寻找中微子，最终得到的结果都只有理论值的1/3，那只有两种可能性：
事情的转机发生在1987年2月23日的晚上，当时有一颗星体编号是SN1987A发生超新星爆炸。全世界几个重要的中微子探测器几乎同时发现了中微子，不仅如此，他们还发现中微子比超新星爆炸时产生的光还要早到了3个小时。这莫非是因为中微子的速度已经超过了光速？这一发现是不是颠覆了爱因斯坦的相对论？
其实事实并非如此，按照天文学家的模型，中微子的产生其实要早于光的，而且中微子是不参与到电磁相互作用的，因此，它们会毫不犹豫奔向星辰大海。过一段时间后，超新星爆炸产生的光子才会跟着中微子的脚步开始在宇宙中传播。所以，这并不违反相对论，也侧面证明了中微子的质量有多小，传播速度有多快，这也是它为什么难以观测的原因。
为什么我们要介绍这次超新星爆炸呢？
这是因为这次观测到的中微子的数量是和理论值一致的，没有像之前只观测到了1/3 。这说明理论并没有错，只是我们观测到的中微子只有原来的1/3。于是，科学家就猜测，中微子应该有三种，并且它们之间还能够互相转化。我们把这三种中微子分别叫做 τ子中微子、电子中微子、μ子中微子， 把它们相互转化的机制叫做 中微子振荡 。
2000年前后，科学家终于把三种中微子都找全了，并且证明了三种中微子可以换线转化。
虽然我们相比100年前，对于中微子的了解要深刻得多，但是即便到了现在，中微子的研究仍然是科学的最前沿阵地。原因也很简单，虽然我们搞清楚了中微子振荡，但我们对于中微子还知之甚少，比如： 中微子的质量问题 。
而研究中微子其实有助于我们了解宇宙的过去，尤其是宇宙大爆炸前38万年内发生的事情，这是我们目前研究的盲区之一。
希卓
2024-10-17 广告
