所以,现在应该能理解β衰变的真正含义了吧。
回到正题。
按理来说,正β衰变是n→p+e+v反。
那么反β衰变就是p+e+v反→n。
这个过程符合任何守恒定律。
然而事实却是:p+v反→n+e反。
相当于把电子挪到了反应式的右边,所以电子就要变成反电子。
即:一个质子+一个反电子中微子,生成了一个中子+一个反电子。
王淦昌就是利用这个反应规律,首次提出了探测中微子的办法。
具体方法是这样的:
首先用水作为探测器,因为水里面有大量的质子。
如果反电子中微子真的存在,那么它一定会与水中的质子发生核反应,生成中子和反电子。
反电子在形成之后,又会与水中的电子产生湮灭,这个过程会发出两个γ射线的光子。
所以,在水探测器的两边,再加上γ射线探测器,就能检验是否有γ光子。
如果有γ光子,那说明反电子中微子存在,即中微子是存在的。
可惜,王淦昌当时就因为是华夏人的身份,他的论文成果没有得到物理学界的重视和承认。
1956年,美国物理学家莱因斯和柯温,在王淦昌发表的原理上,设计了实验进行验证。
整个实验装置埋在核电站附近很深的地下,减少环境中的干扰。
此外,他们不仅检测反电子和电子湮灭产生的γ光子。
二人还在水里掺入了很多的镉元素。
反应生成的中子,会被镉原子核吸收。
镉原子核吸收中子后,会处于激发态,接着又释放出γ光子,最后落回基态。
所以,如果能同时测量到两种γ光子,那么几乎就能100%证明中微子存在了。
实验结果当然是肯定的,中微子确实存在。
莱因斯也因此获得了1995年的物理诺奖,至于他的同事柯温则因为提前去世,无法获奖。
与莱因斯同获当年物理诺奖的,还有发现陶子t的美国物理学家佩尔。
而我们华夏的王淦昌教授,他却没有得到应得的荣誉。
最后,可能心细的人还有一个问题:
“整个过程和费米好像没什么关系。”
“为什么他有资格给中微子取名呢?”
“他凭什么?”
那是因为费米利用中微子,提出了大名鼎鼎的“四费米子理论”。
这是在量子场论的基础上,首个解释弱力的理论,和汤川秀树发表的解释强力的介子理论是一个等级的存在。
其重要性可想而知。
前面已经知道,粒子可以分为费米子和玻色子。
费米子粒子在同一个空间位置不能迭加,而玻色子可以(比如光可以迭加)。
很明显,与弱力相关的四种粒子:质子、中子、电子、中微子,全部都是费米子。
1934年,费米提出了能够解释中子β衰变的弱力理论。
他认为β衰变的本质,是参与弱力的四个费米子,在时空同一点发生相互作用的矢量流耦合机制。
利用相互作用的拉格朗日量,他首次创新地给出了电子能谱分布和衰变概率的数学公式,与实验结果基本吻合。
论文一出,就在物理学界引发了巨大轰动。
这是第一个普适的能解释弱力的理论框架,为后续发展奠定了基础。
费米因此名声大噪,成为理论界的大佬,所以他才有资格给中微子命名。
而他的理论由于是关于四种费米子的相互作用,所以也被形象地称为“四费米子理论”。
但是随着量子场论的深入发展,很快,四费米子理论就遇到了缺陷。
第一,它无法解释宇称不守恒现象。(见563章)
第二,它无法描述高能状态的弱力。
直到后来,电弱统一理论取代了四费米子理论,弱力才被正式终结。
而费米的贡献,则为电弱统一理论积累了深厚的基础,是量子场论历史上的开山之作。
以上,就是关于中微子的提出和发现,以及它与弱力的关系的故事。
由此可见,弱力和强力是完全不同的两个历程。
此刻,泡利大胆地提出了这种新粒子,引起众人的极大兴趣。
玻尔首先问道:
“如果新粒子的质量和电子相当,为什么没有形成相应的粒子流呢?”
泡利回道:
“β衰变之所以能形成β射线,即电子流,是因为有额外电场的控制。”
“而这种新粒子不带电,所以发射的方向是四面八方的,无法集中起来,也因此观察不到它的粒子流。”
接着,狄拉克等人都分别提出了几个问题。
有些泡利能够解答,有些则无能为力。
毕竟,这现在只是他的一个猜想。
他连这种粒子的具体质量都还不清楚。
但是在场的众多大佬们,几乎有一半的人,都认可了这个猜想。
因为它不仅完美解释了β衰变中的能量危机,还是对自旋守恒的某种印证。
其中以费米最为激动。
他在听到这个新粒子的一瞬间,好像有某种灵感倾泻而出。
就好像:“这个粒子是为我而生的一样。”
费米摇了摇头,偷笑一声,他觉得自己有点想入非非了。
这时,海森堡忽然笑着问道:
“泡利师兄,你为这个新粒子命名了吗?”
作为泡利的忠实小弟,海森堡是肯定支持这个理论猜想的。
泡利说道:
“还没有。”
“因为我觉得还没有被证实。”
然而,在所有人的惊讶中,李奇维忽然开口了:
“就叫它【中微子】吧。”
哗!
全场震动!
这句话透露出的含义可不一般。
“布鲁斯教授竟然也认可了泡利的猜想!”
“十有八九中微子是肯定存在了。”
李奇维的话,就好像一记重锤,砸在泡利的心上,让他兴奋不已。
有了布鲁斯教授的背书,他的猜想起码有9成的可能性。
那可是预言或者发现一种全新粒子的荣誉啊!
物理学目前为止,只有5个人获得了这个荣誉:
电子:汤姆逊;
质子:卢瑟福;
中子:李奇维预言,于隐发现;
反电子:李奇维预言,赵忠尧发现。
而现在,要再加上一个,中微子:泡利预言。
泡利喃喃自语:
“中微子比中子更微小的中子.”
“这个名字真贴切。”
(本章完)