中微子知多少

【美国《发现》月刊１月号文章】题：关于中微子的麻烦
中微子是亚原子粒子，最为人所知的是它们不做的事情：它们不带电荷，它
们不容易同正常物质相互作用，它们的质量如此难以测到，以至于经常被认为它
们没有质量。但是，物理学家憎恨没有得到证明的假设。在过去１０年中，若干
奇特的实验结果表明，在已知的三种中微子中，至少有一种可能有一点点质量。
为了解决这个问题，由东京大学的远冢领导的一批日本和美国研究人员建造了一
个探测器——在日本高山的半英里多的深处建造了一台有１２层楼高的水箱，里
面盛有十分纯净的水。
１９９８年６月，该小组经过两年的实验后宣布，中微子的确有质量，虽然
谁也不知道质量到底是多少。合作者之一、夏威夷大学物理学家约翰·勒尼德说
：“这将作为基本粒子史上的一个里程碑而载入史册。”
中微子是在高能宇宙线撞入大气中把原子打碎时产生的。每一秒都有数以十
亿计中微子通过这个叫做超级ＫＡＭＩＯＫＡＮＤＥ的探测器，不时有一个中微
子同水中的一个中子或者质子相互作用，制造出一道闪光。沿水箱里面排列的光
电管将把发生的每次事件都记录下来。在研究人员探测到很多他们应当探测到的
东西的同时，有一种中微子没有出现预期要出现的数量。
任性的中微子大概从超级ＫＡＭＩＯＫＡＮＤＥ可以探测到的类型变化到它
无法探测到的另一种类型——这是勒尼德称之为中微子的两重性质。量子物理学
允许这种神秘的摆动，但是只有在粒子有质量的情况下才可能。不幸的是，现在
还没有人知道这种摆动的中微子变成哪一类型的中微子，换句话说，不知道这些
中微子可能有多少质量，虽然可以有把握地说，它的质量小于电子微不足道质量
的十万分之一。
但是即使这些极其微小的质量也具有很重要的意义。中微子是无处不在的，
如果一个中微子带有一丁点质量，其总量可能比天文学家已经能够看到的全部物
质的质量要大。一些天文学家怀疑，中微子可能构成全部或者大部分不可见的暗
物质，这些暗物质可能占宇宙中９０％以上的质量。勒尼德希望，日本和全世界
进行的进一步工作将有助于物理学家确定中微子的质量——或许还有助于揭开宇
宙中的一个秘密。