微中子與振盪

太陽微中子問題(solar neutrino problem)

太陽之所以發光,是因為在它核心深處,氫被聚變成氦,而這座核熔爐按簡單的帳算,必定會傾瀉出滾滾的電子微中子。20 世紀 60 年代末,一個深埋在礦井裡的實驗首次設法數到了一些這樣的太陽微中子。麻煩在於,數出來的數目太少了——只有人們透徹理解的太陽物理所預言的約三分之一。另外那三分之二跑哪兒去了?

這個虧缺在此後三十年裡於眾多實驗中頑固地一再出現,被稱為太陽微中子問題。在很長一段時間裡,沒人能說清問題出在我們的太陽模型上、出在實驗上,還是出在微中子本身。當時的偵測器大多只對電子微中子敏感,所以它們無法判斷那些失蹤的微中子究竟是真的消失了,還是僅僅變成了偵測器看不見的某種味。

謎底在 2001 到 2002 年前後揭曉,那是現代物理學的偉大時刻之一。加拿大的薩德伯里微中子天文台用重水以兩種不同的方式來數微中子——一種只對電子微中子敏感,另一種則對三種味一同敏感。三種味加起來的總數與太陽的預言完美吻合,而只數電子微中子的那個數卻偏低。微中子根本沒有消失:在從太陽核心而來的旅途中,它們改變了味。太陽微中子問題正是微中子振盪的確鑿鐵證,並由此證明了微中子帶有質量。

想像一家工廠發出 100 個紅球,可收貨碼頭只數到 33 個。是 67 個憑空消失了,還是有些球在路上變成了藍色和綠色?薩德伯里的妙招是把每種顏色的球一次全數——結果發現 100 個全都到了,只不過不再全是紅色。

把三種味一起數,就表明微中子是被轉化了,並非丟失。

太陽出生時只放出電子微中子;是微中子在空間中(尤其在緻密的太陽內部,一種叫 MSW 效應的機制)發生的味變換,才壓低了地球上看到的電子味計數。

又稱
missing solar neutrinos太阳中微子失踪之谜