解密太阳中微子：天文学教程上册

氢燃烧的两种核反应路径都放出中微子。中微子不带电。一般认为中微子类似于光子，没有静质量且以光速运动；但也有实验暗示中微子有微小质量，或许其质量仅为电子的万分之一，那么其运动速度就小于光速。

中微子不与普通物质发生相互作用，可以从太阳内部穿越出来，因此，设法捕获来自太阳中心区的中微子就可以得到太阳内部的一些信息，检验核反应理论；另一方面，中微子又很难探测，甚至地球都是对中微子透明的。然而，太阳的核反应可产生大量中微子，多达每秒1038个，到达地球的流量约1010／cm2·s。1968年，美国在南达科他州的一座旧金矿下面建造了Homestake太阳中微子探测器，在地下1.5 km的大容器内放600 t C2Cl4液体，中微子与37Cl反应（37Cl法）生成易探测的放射氩（37Ar），结果探测到的中微子流量仅是“标准模型”预言的，这就是在科学界轰动的“中微子失踪案”。后来，有两个小组用71Ga法，即中微子与它反应生成放射的71Ge，结果得到的中微子计数率大些，但仍小于预言值。人们提出几种模型来试图解决太阳中微子之谜，都遇到各种困难。

直到近年用重水的中微子探测器取得了新的结果。2001年7月宣布，太阳中微子之谜揭开了：从太阳核心到地球的旅途中，有些太阳中微子变“味”（变种）了。这是现代粒子物理学标准模型没有考虑的。原来，中微子有三种或三“味”：电子中微子、μ子中微子、τ子中微子，中微子可以变“味”。中微子静止质量不是零，而携带微小质量（约为电子质量的或2.8 eV），但目前还不确切知道三种中微子各自的准确质量。太阳内部核反应产生的是电子中微子。大多探测器对μ子中微子和τ子中微子不敏感。物理学家推测中微子可能在“三味”之间振荡，因此可探测到的电子中微子就少了。(www.xing528.com)

加拿大的萨德伯里中微子观测站（Sadbury Neutrino Observatory，SNO）可有效地探测另两种中微子，并与电子中微子区分开来。观测站的“心脏”是12 m的亚克力（acrylic）塑胶球，含1000 t重水。每天约10个太阳中微子作用于重水，由细微闪光记录下来。两年中记录了1100多个中微子，足以得出99%可信的结论，说明太阳内部核反应理论得出的中微子数目是对的，有些中微子在到地球的路上变“味”了。这个结论是在与日本的超级神冈中微子探测器（Super-Kamiokande）的探测率（1998年宣布宇宙线的μ子中微子变“味”）比较而得出的。这两个对不同“味”中微子有不同灵敏度的实验结合起来，清楚表明“失踪”的中微子只是在到达地球前变为不易探测的形式而已。为此，Raymond Davis和小柴昌俊由于“宇宙中微子探测”获得2002年诺贝尔物理学奖，梶田隆章和Arthur B.McDonald因“发现了中微子振荡，证明了中微子具有质量”而分享了2015年诺贝尔物理学奖。