第五百一十五章 太阳中微子失踪之谜

第五百一十五章 太阳中微子失踪之谜 (第2/2页)

前面提到的第三种解释是由前苏联科学家布鲁诺·庞特克威和弗拉基米尔·格利鲍夫在1969年提出的。
　　
　　这种想法认为中微子的性质并不像物理学家原先想象的那样简单，中微子可能具有静止质量并且不同类型的中微子可以相互转化，后者即所谓的中微子振荡。
　　
　　这一想法最初被提出来时，并没有得到大多数物理学家的接受。但是随着时间的推移，越来越多的证据开始倾向于中微子振荡的存在。这是一种超出了标准模型框架的新物理。
　　
　　1989年，在第一个太阳中微子实验结果发布20年以后，一个由小柴昌俊和户塚洋二领导的日美实验组（神冈合作组）报告了他们的实验结果。他们在巨大的探测器内装满纯水，用以探测水中的电子与来自太阳的高能中微子之间的散射率。
　　
　　这个实验装置精度很高，但只能探测到高能量的太阳中微子。这种高能中微子来自太阳内部热核反应中一种相对稀少的过程，即元素的衰变。戴维斯最初的实验装置使用的是氯，但也能探测到这个能区的中微子。
　　
　　神冈实验证实了观测到的中微子数目的确少于太阳模型的理论预言值，但其揭示出来的理论与实验不一致程度比戴维斯的实验要小一些。
　　
　　在接下来的10年中，3个新的太阳中微子实验使中微子失踪问题变得更加复杂。
　　
　　由德国人缇尔??克斯坦领导的GALLEX实验室和弗拉基米尔·格利鲍夫领导的SAGE实验室分别用装满镓的探测器来探测低能太阳中微子，发现低能中微子同样存在丢失的问题。
　　
　　另外，由户塚洋二和铃木洋一郎领导的超级神冈实验使用了总共包含5万吨水的巨大探测装置对高能太阳中微子进行了更加精确的测量，令人信服地证实了戴维斯的实验和神冈实验观测到的中微子丢失现象。
　　
　　这样，无论是高能太阳中微子还是低能太阳中微子都存在失踪现象，只是丢失的比例不同。
　　
　　2001年6月18日中午12时15分，由加拿大人亚瑟·麦克唐纳领导的美国、英国和加拿大科学家组成的中微子实验组宣布了一个激动人心的消息：他们解决了太阳中微子难题。
　　
　　这个国际合作小组使用了1000吨重水来探测中微子。
　　
　　探测器放置在加拿大南部城市萨德伯里地下2000米深的一个矿井中。他们用一种不同于神冈实验和超级神冈实验的新方法探测高能区的太阳中微子。这个实验被称为SNO实验。
　　
　　在SNO最初的实验中，他们使用的重水探测装置处在一种只对电子中微子敏感的状态。
　　
　　科学家们在SNO观测到的电子中微子数量大约是标准太阳模型预言值的三分之一，而先前的超级神冈实验不但对电子中微子敏感，还对其它类型的中微子也有一定的敏感性，所以观测到的中微子数目大约超过了理论预期值的一半。
　　
　　如果标准模型是正确的，则SNO的实验结果应该与超级神冈的一致，即来自太阳的中微子都应是电子中微子。两个实验的结果不一致，表明描述中微子性质的标准模型有问题，至少是不完备的。
　　
　　综合SNO和超级神冈的实验，SNO合作组不但确定了电子中微子的数量，还确定了来自太阳的三种类型的中微子的总量，结果与太阳模型的预言相一致。
　　
　　电子中微子占所有中微子总数的三分之一。
　　
　　这样，问题的所在就清楚了：虽然在地面观测到的电子中微子数量只占太阳中微子总数的三分之一，但是后者并没有减少；丢失的电子中微子并没有“消失”，只是转变成了难以探测的μ子中微子和τ子中微子。
　　
　　这个具有划时代意义的结果发表于2001年6月，并且很快就得到其它一系列实验的支持。
　　
　　SNO合作组在他们的重水探测装置上测量了全部3种高能中微子的数量，这在当时是独一无二的。他们的实验结果表明：大多数中微子都是在太阳内部产生的，产生时都是电子中微子。
　　
　　到达地球时，部分电子中微子转变成了μ子中微子和τ子中微子。
　　
　　SNO实验的关键在于对3种中微子总数的测量。正是由于确定了3种中微子的总量，物理学家才能够不依赖于具体理论模型令人信服地解释太阳中微子失踪之谜。
　　
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　　“庞教授，你的意思是，通过太阳中微子实验可以找到这种惰性中微子的存在？”
　　
　　乔安华看着庞学林，皱眉道。
　　
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