曾經失蹤的太陽中微子找到了嗎？

2002年12月6日，中國科學家發現核反應堆中微子消失現象。說起中微子失蹤，你可知道，曾經失蹤的太陽中微子找到了嗎？

太陽的能源問題曾經長期困擾著物理學家和天文學家，直到20世紀30年代，科學家才認識到太陽的能量來自其核心的核聚變。核聚變理論很好地解釋了太陽各項觀測特性，但有一個現象卻和理論預測不一致，為此困惑了天文學家很多年。

根據核聚變的規律，如果太陽的核心確實在進行大規模的熱核反應，那麼就會產生大量的中微子。中微子是一種十分奇特的粒子，它不帶電荷，而且根據描述基本粒子相互作用的標準模型，其靜止質量為零。另外，中微子還有一個特點，就是不參與電磁相互作用和原子核內部的強相互作用，因此穿透力極強，要「捕捉」中微子難乎其難。

為了驗證太陽核心核聚變的理論，科學家必須設計一些特別的方法來測量太陽中微子的實際數目。為此，科學家巧設「陷阱」，在美國南達科他州地下一個深達1.5千米的金礦里，美國物理學家戴維斯主持了歷史上第一次測量太陽中微子的重要實驗。但1968年的實測結果表明，實際的太陽中微子數目只有理論預言數目的1/3。大量的太陽中微子失蹤了！

加拿大薩德伯里中微子天文台的探測器，裡面裝灌了1000噸重水

後來，物理學家改進了測量方法，日本科學家小柴昌俊領導的神岡中微子探測實驗再次證實了類似的現象。一時間，太陽中微子失蹤之謎成了科學家熱議的話題。哪裡出了問題？天文學家錯了？太陽能量並非來自核聚變？還是物理學家關於中微子的理論錯了？

人們首先想到的是修改標準太陽模型。然而，日震學的研究成果表明，太陽模型沒有問題，無論怎樣調整太陽模型都無法符合中微子的實際測量結果，對模型進行任何調整都反而會使得其他方面的矛盾更多。

科學家被迫嘗試修正關於中微子的理論，提出了「中微子振蕩」的概念。目前已知中微子有三種類型：電子中微子、μ中微子和τ中微子。中微子振蕩理論指出，不同類型的中微子可以相互轉換。因此，太陽釋放出的電子中微子可能有一部分在旅途中轉變成了其他類型的中微子。由於當前的測量手段只能檢測到電子中微子，所以造成了太陽中微子短缺的表象。然而，這一理論同時也意味著中微子的靜止質量並不為零，這就對粒子物理學的許多基本觀念提出了挑戰，需要嚴格的科學實驗來檢驗。

超級神岡探測器內部

1998年，日本的超級神岡探測器首次發現了中微子振蕩真實存在的確切證據，實驗中，μ中微子確實轉換成了τ中微子。2001年，加拿大的薩德伯里中微子天文台發表了新的測量結果，探測到了太陽發出的全部三種中微子，其中僅有35%是電子中微子。三種中微子的總流量與標準太陽模型的預言符合得很好，從而徹底解決了先前觀測到的太陽中微子缺失問題。

2002年，領導首次中微子測量實驗的戴維斯和神岡探測器的領導者小柴昌俊共同獲得了諾貝爾物理學獎，他們對基本粒子物理學的貢獻將伴隨著神秘的中微子之謎而永遠為後人所稱道。

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