超有“魅力”的基本粒子，引发一桩失踪迷案？

中微子可能是最有魅力的基本粒子了，从它被提出来为止，就不断的刷新人类的认知。甚至至今还有诸多关于中微子的谜团没有解开。今天我们来说其中一个。

每时每刻都有大量的中微子从我们的身体穿过，这些中微子最大的来源是哪里呢？就是太阳。太阳是一个巨大的核聚变反应炉，通俗的说太阳就是一个一直在爆炸的氢弹。太阳上发生的聚变反应每秒钟要消耗6.2亿吨的氢，在这个过程中就会产生大量的中微子。我们可以根据太阳的理论模型粗略计算出它大概产生中微子的数量，而奇怪的是，我们实际通过实验探测到的中微子数量仅仅是理论值的三分之一，这件事在当时被称作“太阳中微子失踪之谜”。

具体人们是这样发现的，70年代的时候人们发现虽然中微子几乎不和任何物质发生反应，但是还是有东西能和中微子反应的，就是氯37，中微子可以和氯-37发生反应生成氩-37和电子，而氩又是惰性气体。这件事儿给了当时一个人灵感，这位叫做戴维斯，美国物理学家。戴维斯决定用四氯乙烯作为探测介质，四氯乙烯是清洗剂的主要成分，一般干洗店会用这个，有刺激性甜味易挥发，浓度高了能中毒，致癌。当时戴维斯大批量采购四氯乙烯的时候人家还以为他要开洗衣店呢。实验室在美国霍姆斯特克金矿，在地下1500米深的矿井中建了一个实验室，配比了600多吨四氯乙烯溶液，只要有氯变成氩了，也就有气体生成了，就会有一个小气泡冒出来，从而就可以证明有中微子和氯元素发生了碰撞，但还是那个原因，中微子碰撞的概率太低了。所以戴维斯在地下矿坑中一待就是30多年，这30多年也仅仅探测到了大约2000个中微子。但正是这2000个中微子的数据人们发现了“太阳中微子失踪之谜”，实在是不容易。

还有一位来自日本的物理学家叫做小柴昌俊，他是在日本的一个1000米深的矿坑里做的实验，使用了5万吨纯水和1万多个光电倍增管，当中微子和纯水里的原子核发生碰撞的时候，就会发出淡蓝色的光辉，这个现象叫做切连科夫辐射。然后用探测器来检测这个微弱的蓝光，只要检测到了，就说明有中微子发生了碰撞。这个概率依旧很低，但小柴昌俊比戴维斯要幸运很多，他的实验是在1986年底正式开始的，到了1987年初1987年2月24日，发生了一件事，大麦哲伦云中的一颗超新星爆发了，这是自1604年开普勒超新星以来观测到的最亮的一次超新星爆发，带来的电磁辐射甚至能够照亮整个星系，一般都会持续几周或者几个月。1987年的这颗超新星被很多天文学家观测到了，这就是小柴昌俊的幸运，那天他突然发现自己的神冈实验室里探测到了大批量中微子，说是大批量其实就13个，但是比平时偶尔的一两个多了好多倍！感觉就不对，果不其然，过了三个小时有人来电话说是大麦哲伦云的一颗超新星爆发了。这种感觉绝对是无比奇妙的，这颗超新星距离我们16.8万光年，也就是说小柴昌俊探测到了至少来自16.8万年以前产生的中微子！

2002年的诺贝尔物理学奖决定把本年的诺奖颁发给戴维斯和小柴昌俊，02年戴维斯已经88岁了，而小柴昌俊也已经76岁了。根据这二位实验数据，都证实了“太阳中微子失踪之谜”，也就是来自太阳的中微子莫名其妙的少了三分之二，他们去哪了呢？这个问题的答案直到近几年才给出，人们发现中微子不只一种，有三种，分别是电子中微子、缪子中微子以及陶子中微子。戴维斯和小柴在实验中所探测到的只是电子中微子，自然就少了三分之二。而且这三种中微子还可以随着时间相互转化，这个过程叫做中微子振荡。如果中微子能够发生振荡那它就必须得有静质量，所以近年来很多物理学家都在研究这个课题。最先通过实验证明了中微子振荡的人就是小柴昌俊的学生梶田隆章，实验地点就是当年小柴昌俊所使用的神冈实验室。另外一位物理学家是加拿大的阿瑟·麦克唐纳，他和梶田隆章二人因为在实验中发现了中微子振荡，因此证明了中微子具有质量，共同获得了2015年的诺贝尔物理学奖。目前最先进的中微子观测站位于南极的冰层之下， 叫做冰立方IceCube，于2010年12月8日建造完成，2018年7月12日，冰立方中微子天文台宣布第一次成功确认高能宇宙中微子的来源，人类探测到了一个来自37亿光年之外发射过来的中微子。这也是人类历史上第一次使用中微子探测器来定位太空中的物体。

然而关于中微子还有众多谜团没有解开，比如说有没有第四种中微子？中微子的反粒子是其本身吗？也就是中微子是马约拉纳粒子吗？中微子是暗物质吗？等等。这些谜团就需要我们慢慢等待答案了。

作者：妈咪说 科普创作者

审核：罗会仟 中国科学院物理研究所副研究员

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