中微子趣史

计划。可他又是苏联克格勃的间谍，1950年叛逃去了苏联。在20世纪60年代初，物理学家们就已经知道中微子不止一种。通常说的中微子是指与电子相关联的电子中微子，此外还有与另两种轻子µ子和τ子相关联的µ中微子和τ中微子。这三种中微子在物理上可以用具有不同的“味”来加以区分。庞蒂科夫在1967年提出了一个大胆的设想：如果中微子的静止质量不为零，中微子就可能“变味”，即电子中微子可以自动变成µ中微子、µ中微子可以自动变成τ中微子、τ中微子又能自动变成电子中微子，循环往复——这就是著名的中微子震荡。然而物理界普遍相信中微子是以光速运动的，根据相对论，以光速运动的粒子其静止质量只能为零。这也是为什么庞蒂科夫的理论无人问津的根本原因。

有意思的是，庞蒂科夫的理论却为太阳中微子的难题提供了一种非常自然的解释：太阳的核反应中产生的中微子虽然只有电子中微子（为此戴维斯设计的实验只探测电子中微子），但如果它们在飞往地球的旅程中不断重复电子中微子 µ中微子τ中微子电子中微子的循环，那么实际到达戴维斯的探测器时，就是三种中微子，而不是单一的电子中微子。因而测到的电子中微子数量当然就只有出发时的三分之一了。由此看来，巴赫恰勒的计算和戴维斯的实验都没有错。为了证实来自太阳的中微子真的是三种“味”的混合体，1999年在加拿大萨德伯里一个三千多米深的矿井里安排了可以同时探测三种“味” 的中微子的精密实验，此次实验测到的中微子总流量与理论计算值完全吻合，从而给“太阳中微子丢失”之谜画下了一个完美的句号。庞蒂科夫若不是具有上面所说的那种复杂背景，他应该有可能因提出中微子震荡理论而获得诺贝尔奖。

四

自20世纪70年代以来，为了研究中微子震荡，科研人员进行了大量的科学实验。其中最典型的是一系列测量不同“味” 的中微子之间振荡几率（用来决定一种中微子转换成另一种中微子之可能性的大小）的实验。振荡几率一共有三种，其中两种的数值已经被准确测定，分别为0.861和0.97。还剩一种，由于其数值比较小，因而难以测定。确定第三种振荡几率正是目前中微子实验的热点。

OPERA大概可以算是目前规模最大的中微子实验。它运用位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织（CERN）超级质子同步加速器产生的高强度、高能量的µ中微子束向730公里之外、位于意大利中部的格兰沙索国家实验室传送，其目的是观测µ中微子与τ中微子间的振荡现象。2010年5月31日，OPERA公布了从µ中微子束中探测到的τ中微子现象，为中微子振荡提供了相当过硬的证据。一年多之后，OPERA又在物理界投下了一颗新的巨型震撼弹。在一篇由174名科研人员署名的论文里，他们宣称实验中所测到的中微子速度比真空中的光速还快了6米/秒。这自然立即成了科学界的头号新闻，因为此一结果如若真的属实，则将动摇作为近代物理学两大基石之一的相对论，整个物理学就可能发生翻天覆地的变化。尽管绝大多数物理学家都对这项实验结果持怀疑态度，有些理论物理学家却已经开始筹谋为相对论寻找出路了。他们希望在现有的相对论框架下（即仍然保持真空中光速不可超越），为OPERA的这项实验提供一项合理的理论解释。比如有人提出，按照流行的宇宙学理论，在构成宇宙的全部物质中，暗能量占73%，暗物质占23%，真正能“看到”的物质仅占4%。假设暗物质真的无所不在，如果它与光子间有哪怕极微弱的一点相互作用（这是一个很强的假设，因为到目前为止还没有什么证据显示暗物质能与任何其它物质发生相互作用），那么我们所测量到的光速或中微子的速度就不是真空中的速度，而是它们在介质（暗物质）中的速度。在介质中出现超光速现象是不足为奇的，也不会动摇相对论的理论基础。正当这些理论物理学家们摩拳擦掌准备抢占新的理论制高点时，2012年2月，突然又从圈内传出让人瞠目结舌的消息：OPERA公布的实验结果也许是个超级大乌龙！测到的中微子超光速数据可能只是由于电脑光纤的接头松动而导致的误读。科学实验就是这样，有时候会让人空欢喜一场。

尽管OPERA闹了一个大笑话，中微子震荡依然是物理界的热门话题。不久之前，从我国大亚湾核电站传出一个振奋人心的消息，由250名来自六个国家的科研人员组成的大亚湾中微子实验国际合作组获得了中微子第三种振荡几率的可靠数据。在2011年12月24日至2012年2月17日的实验中，科研人员使用了六个中微子探测器，完成了实验数据的获取、质量检查、标度、修正和数据分析。结果表明，中微子第三种振荡几率为0.092、误差0.017，从而首次证实了这种新的中微子振荡模式的存在（在此之前，日本、美国和法国的实验室也曾测量过这一振荡几率，但由于误差较大，无法给出决定性的结论）。不少权威人士认为，如果最终证实实验结果准确无误，它有可能成为首个在中国国内完成的获得诺贝尔物理奖提名的科研成果。

五

从泡利预言中微子的存在到今天，八十多年已经过去了。人们对中微子的认识与那时已不可同日而语，然而仍然有一些根本性的问题有待从理论上和实验上加以解决和证实。目前有两种比较完备的中微子理论：一个由狄拉克（Paul Dirac，1902-1984，获1933年诺贝尔物理奖）提出，另一个来自物理奇才马约拉纳（Ettore Majorana，1906-1938），二者都可以对现存的所有实验给出完美的解释。如果中微子的静止质量为零，则这两个理论永远分不出优劣。然而一系列有关中微子震荡的实验，基本肯定了中微子是有质量的，因而对这两个理论的最终判定也许已为期不远了。八十多年来，中微子不时给物理界制造些“麻烦”，有时也带来些意外的惊喜。我们对它的认识也在不断深入。今天已经有人开始从技术层面上考虑如何利用中微子的特性来造福人类，比如中微子可以穿透几乎任何物体，如果能对它的发射和接收有效掌控，它可能成为长程通讯的理想载体。总之，中微子的故事仍在继续，而且还会持续很久。

新 书 廊

《中国需要工业精神》，汪中求著，机械工业出版社2012年7月版，36.00元

汪中求在这部作品中阐释了一个民族的工业化所应该有的担当，一个国家的企业家群体应该具有的信仰。该书针对我国现今不“重”工的本质，对工业中业已存在的诸多管理现象做了剖解，包括对合作的理念、契约精神、效率观念、质量底线和科学观等的迟钝和漠视，对环境和城市化理解的肤浅等，继而发出中国需要工业精神的呼喊。中国必须更认真、更深入地思考关于企业竞争力、行业前景等问题。