60 第六章（一）作用特殊的中微子

中微子 

中微子又译作微中子，是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，常用符号ν表示。中微子不带电，自旋为1/2，质量非常轻(有的小于电子的百万分之一)，以接近光速运动。

中微子个头小，不带电，可自由穿过地球，与其他物质的相互作用十分微弱，号称宇宙间的"隐身人"。科学界从预言它的存在到发现它，用了20多年的时间。

2013年11月23日，科学家首次捕捉高能中微子，被称为宇宙"隐身人"。他们利用埋在南极冰下的粒子探测器，首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子。

来源：

中微子的发现来自19世纪末20世纪初对放射性的研究。研究者发现，在量子世界中，能量的吸收和发射是不连续的。不仅原子的光谱是不连续的，而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的。这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的，是符合量子世界的规律的。奇怪的是，物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的，而且电子只带走了总能量的一部分，还有一部分能量失踪了。物理学上著名的哥本哈根学派领袖尼尔斯·玻尔据此认为，β衰变过程中能量守恒定律失效。

1930年，奥地利物理学家泡利提出了一个假说，认为在β衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去，带走了另一部分能量，因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到。未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值，能量守恒仍然成立，只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已。1931年春，国际核物理会议在罗马召开，与会者中有海森堡、泡利、居里夫人等，泡利在会上提出了这一理论。当时泡利将这种粒子命名为"中子"，最初他以为这种粒子原来就存在于原子核中，1931年，泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出，这种粒子不是原来就存在于原子核中，而是衰变产生的。泡利预言的这个窃走能量的"小偷"就是中微子。1932年真正的中子被发现后，意大利物理学家费米将泡利的"中子"正名为"中微子"。

1933年，意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论，指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用-弱相互作用。β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子。他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律，β能谱连续之谜终于解开了。

美国物理学家柯万(Cowan)和莱因斯(Reines)等第一次通过实验直接探测到了中微子[1] 。他们的实验实际上探测的是核反应堆β衰变发射的电子和反中微子，该电子反中微子与氢原子核(即质子)发生反β衰变，在探测器里形成有特定强度和时间关联的快、慢信号，从而实现对中微子的观测。他们的发现于1995年获得诺贝尔物理学奖[2] 。

1956年，美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子，莱因斯获1995年诺贝尔奖。

1962年，美国莱德曼，舒瓦茨，斯坦伯格发现第二种中微子--μ中微子，获1988年诺贝尔奖。

1968年，美国戴维斯发现太阳中微子失踪，获2002年诺贝尔奖。

1985年，日本神岗实验和美国IMB实验发现大气中微子反常现象。

1987年，日本神岗实验和美国IMB实验观测到超新星中微子。日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖。

1989年，欧洲核子研究中心证明存在且只存在三种中微子。

1995年，美国LSND实验发现可能存在第四种中微子--惰性中微子。

1998年，日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象。日本梶田隆章获2015年诺贝尔奖。

2000年，美国费米实验室发现第三种中微子，τ中微子。

2001年，加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。最早提出建设思路的是华裔物理学家陈华生博士Herbert H. Chen(美国普林斯顿大学理论物理博士学位，加州大学欧文分校物理学家)[3] 。加拿大阿瑟·麦克唐纳获2015年诺贝尔奖。

2002年，日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡。

2003年，日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡。

2006年，美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡。

2007年，美国费米实验室MiniBooNE实验否定了LSND实验的结果。