1932年泡利預(yù)言了中微子的存在，但是直到1956年人類才算發(fā)現(xiàn)了中微子的影子。為什么探測(cè)中微子如此之難呢？首先中微子太輕太小了，甚至人們?cè)詾橹形⒆邮菦]有靜質(zhì)量的，和光子一樣，具有光速，但是它又不發(fā)光。這就沒有辦法通過看的方法找到。其次中微子不帶電，不帶電就意味著很難通過電學(xué)手段進(jìn)行探測(cè)，比如說通過電磁使其偏轉(zhuǎn)或者在接收屏上收到電信號(hào)，不行。那我們能不能通過碰撞的方式來尋找中微子呢？比如說用電子或者光子來碰撞中微子，然后來探測(cè)電子或光子的變化。還是那個(gè)問題，中微子太小，所以碰撞的概率就變得特別低。

假如費(fèi)米預(yù)言是對(duì)的話，中微子還得與原子核發(fā)生相互作用才方便被探測(cè)到。原子核的體積大概是原子的幾千億分之一，也就是說一個(gè)中微子從一個(gè)原子中穿過去，它想打到這個(gè)原子核的概率低于千億分之一，也就是說大約需要一千億個(gè)中微子穿越某一個(gè)特定的原子，才可能和它的原子核發(fā)生碰撞，概率就這么低。宇宙射線中每秒鐘大概有上萬億個(gè)中微子從我們的身體穿過，但是我們身體里的原子數(shù)量卻基本上算是無數(shù)個(gè)，要想某個(gè)原子核里發(fā)生碰撞的概率是微乎其微的。因此中微子又被稱作“幽靈粒子”。

所以從泡利和費(fèi)米預(yù)言了中微子之后，人們一直拿這個(gè)幽靈粒子沒有辦法，第一個(gè)提出可行性的是我國(guó)的物理學(xué)家王淦昌先生。1930年王淦昌到柏林留學(xué)，他的導(dǎo)師是奧地利著名的女物理學(xué)家莉澤·邁特納，這位雖然沒有獲得過諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但是卻三次被提名，最主要的成績(jī)就是她是第一個(gè)理論解釋了核裂變的人，在原子物理中的地位是很高的。值得一提的是，當(dāng)年尋找中子的過程中，王淦昌最先建議，應(yīng)該用云室來檢測(cè)。后來到了1932年查德威克正是采納的王淦昌的建議，使用云室代替了蓋革計(jì)數(shù)器才發(fā)現(xiàn)了中子。

1941年，當(dāng)時(shí)王老在浙江大學(xué)任教，他提出了一種辦法說可以用來檢測(cè)中微子，這個(gè)辦法叫做K層電子俘獲。當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)有一種核反應(yīng)應(yīng)該可以產(chǎn)生中微子，就是一個(gè)核A在發(fā)生衰變的時(shí)候會(huì)變成核B +一個(gè)正電子+中微子，其中核B叫做反沖核，它的動(dòng)量和能量是比較容易測(cè)量出來的，但是反應(yīng)之后生成三種物質(zhì)，正電子就不好測(cè)量，所以就導(dǎo)致測(cè)算的中微子的質(zhì)量和能量就不夠準(zhǔn)確，所謂K層電子俘獲就是說，原子核外圍的電子軌道是分層的，其中有一層軌道就叫做K層，那K層電子俘獲就是說核A可以通過俘獲K層上的電子的方式來進(jìn)行衰變，那反應(yīng)式就變成了核A+電子生成核B+中微子，這回就只生成兩種粒子了，反沖核的動(dòng)量只要測(cè)量準(zhǔn)確，就可以知道中微子的質(zhì)量和能量了。王淦昌先生還建議，可以嘗試用輕金屬鈹?shù)腒層電子俘獲來檢驗(yàn)中微子的存在。這是第一次提出了探測(cè)中微子的理論可行性，不過這個(gè)辦法算是間接探測(cè)。有沒有比較直接一點(diǎn)的辦法呢？

1956年，有兩個(gè)人，萊茵斯和科溫他們首次完成了直接觀察中微子的實(shí)驗(yàn)。具體辦法是這樣的，根據(jù)費(fèi)米的β衰變理論，中微子應(yīng)該可以和質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)，生成一個(gè)中子+一個(gè)正電子。但是這個(gè)反應(yīng)的概率極低，生成的正電子會(huì)迅速和電子發(fā)生湮滅，放出兩個(gè)光子，中子也會(huì)被迅速俘獲這個(gè)過程會(huì)放出一個(gè)光子。所以我們只需要檢測(cè)到這種雙光子事件的存在就可以證明這個(gè)反應(yīng)過程了。由于反應(yīng)概率低，所以我們就需要找能夠生成大量中微子的地方。

二戰(zhàn)結(jié)束以后，美國(guó)有很多原子核反應(yīng)堆，反應(yīng)堆中的原子核反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生大量的中微子，所以萊茵斯和科溫就在反應(yīng)堆旁邊做實(shí)驗(yàn)。用液體閃爍體作為探測(cè)器，閃爍體在光子的作用下會(huì)發(fā)出閃光，然后用光電倍增管來檢測(cè)這些閃光。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的探測(cè)，終于發(fā)現(xiàn)了少量的中微子，實(shí)際上他們探測(cè)到的是反中微子，就這樣，1956年中微子在實(shí)驗(yàn)中被觀察到了。泡利的預(yù)言也得到了證實(shí)。不過這二位的諾獎(jiǎng)發(fā)的就比較遲，一直到了1995年才決定給他倆頒發(fā)諾獎(jiǎng)，但此時(shí)的科溫早已經(jīng)去世了，就只有78歲的萊茵斯一個(gè)人去領(lǐng)獎(jiǎng)了。至此關(guān)于中微子的理論和實(shí)驗(yàn)就全部得到了證實(shí)。不過很快人們就發(fā)現(xiàn)，中微子的事情好像并沒有那么簡(jiǎn)單。

作者：媽咪說科普創(chuàng)作者

審核：羅會(huì)仟中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員

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