1、中微子問(wèn)題探討來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 時(shí)間：2007-9-18 14:06:07摘要：本文首先分析了中微子不具有電磁質(zhì)量，只有引力質(zhì)量，參與引力作用和弱相互 作用，不參與電磁作用和強(qiáng)相互作用，提出了中微子就是廣義相對(duì)論中提出的引力波， 使廣義相對(duì)論的的基礎(chǔ)更加牢固，提出了中微子不具有時(shí)間量子屬性，不滿足 lorentz transformation, 與 lorentz transformation 不矛盾，宇稱不守恒仍然成立。關(guān)鍵詞：引力質(zhì)量、電磁質(zhì)量、中微子、弱相互作用、宇稱不守恒。20世紀(jì)30年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)原子核在衰變前后的能量不一致。瑞士物理學(xué)家泡利在 1931年最先假設(shè)有種新粒子 竊走了 ”

2、能量。后來(lái)的發(fā)現(xiàn)證明泡利的假設(shè)是正確的， 物理 學(xué)家費(fèi)米遂將這種微小的中性粒子稱為中微子。中微子質(zhì)量可能只有電子的百萬(wàn)分之 一，是亞原子粒子中 最靦腆”的粒子，因?yàn)樗鼈儫o(wú)處不在、以光速飛奔，卻幾乎不與周 圍的物質(zhì)作用。在自然界里，中微子產(chǎn)生于太陽(yáng)內(nèi)的放射性衰變過(guò)程，或者宇宙射線中。中微子是基本粒子中的成員，分為三代。本世紀(jì)六七十年代，格拉肖、溫伯格和薩 拉姆三位科學(xué)家對(duì)基本粒子進(jìn)行了分類，提出粒子物理學(xué)的框架是標(biāo)準(zhǔn)模型，即特質(zhì)由 12種基本粒子構(gòu)成。它們包括6種夸克和6種輕子?？淇撕洼p子的大小不足原子的十億 分之一?？淇税ㄏ?、上、奇、粲、底、頂，共 6種。輕子分為三代，第一代包括電子、 電子

3、中微子；第二代包括（繆子）子和 w中微子；第三代包括 。子和。中微子。第一代電子中微子和第二代 科中微子已分別在1956年和1962年通過(guò)實(shí)驗(yàn)被證實(shí)存在。量子引力和近年觀測(cè)到的基本粒子”的整個(gè)家族的性質(zhì)的最終確定在根本上是相關(guān)聯(lián)的。正確的量子引力理論應(yīng)當(dāng)可以消除折磨著傳統(tǒng)量子場(chǎng)論的無(wú)限大。由于中微子和電子都是一種輕子，但是中微子是電中性的，核力和電磁力都對(duì)中微子不起作用，因 此實(shí)際上它與任何物質(zhì)只能發(fā)生引力作用與弱相互作用。電子（同時(shí)具有引力質(zhì)量和電磁質(zhì)量）參與弱相互作用，但弱相互作用的主角是中微子（只具有引力質(zhì)量），中微子 具有波粒二象性，它的能量用 hv表示。如果中微子有引力質(zhì)量，那么根據(jù)

4、einstein的質(zhì)能方程，必須把能量 e*的一部分用來(lái)產(chǎn)生中微子，這樣留給電子的能量就比 e*小。 泡利推算出中微子是沒有質(zhì)量的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，由于中微子的引力質(zhì)量非常小，因此在 埃利斯的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電子也偶爾確實(shí)會(huì)有能量為e*的情況。根據(jù)電子、放射性核和子核的旋轉(zhuǎn)情況，泡利推算出中微子具有自旋，是左手征的。在量子力學(xué)中，場(chǎng)的能量集 中在波包中，electric field的能量集中在光子中，因此引力場(chǎng)的能量應(yīng)當(dāng)集中在中微子 中。光波是electromagnetic field （即電磁質(zhì)量）的傳播，機(jī)械波是中微子（即引力質(zhì)量） 的傳播。它們具有共性，說(shuō)明了電磁質(zhì)量和引力質(zhì)量的等價(jià)性。1978年

5、，斯坦福大學(xué)物理學(xué)家馬丁 佩爾和同事發(fā)現(xiàn)了 p輕子，在理論上這意味著 r 中微子的存在，因?yàn)橹形⒆邮禽p子的前輩”。但是，由于。中微子幾乎沒有質(zhì)量，又不帶電，且?guī)缀醪慌c周圍物質(zhì)相互作用，因而一直難尋蹤跡。1982年，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家用實(shí)驗(yàn)支持了 。中微子存在的假設(shè)。1989年，歐洲核子研究中心科學(xué)家證實(shí)。中微子是標(biāo)準(zhǔn)模型中的第三個(gè)，也是最后一個(gè)輕中微子。1994年，兩個(gè) 天才設(shè)計(jì)師” 利福尼亞大學(xué)研究生維多里奧 保羅內(nèi)和費(fèi)米 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家拜倫倫德伯格提出了建立“型中微子直接觀測(cè)器”的構(gòu)想，這一想 法得到費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的支持，并在兩年后建成了觀測(cè)器。從1997年起，54位來(lái)自美國(guó)、日本、希

6、臘和韓國(guó)的科學(xué)家在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室合作探測(cè) p中微子。他們用粒子加速器制造一股可能含有p中微子的中微子束，然后讓中微子束穿過(guò)“由微子直接觀測(cè)器”內(nèi)一個(gè)約1米長(zhǎng)的鐵板靶。這一鐵板靶被兩層感光乳劑夾著， 感光乳劑類似于膠卷，能夠 記錄”粒子與鐵原子核的相互作用。物理學(xué)家用3年時(shí)間從靶上的600多萬(wàn)個(gè)粒子軌跡中鑒定出了 4個(gè)表征=輕子存在和衰變的痕跡， 這也是表明 。中微子存在的關(guān)鍵線索。輕子的痕跡被科學(xué)家拍攝下來(lái)，并在計(jì)算機(jī)中形成三維圖 像，其主要特征就是其軌跡里有個(gè)結(jié)，這是。輕子在形成后迅速衰變的表現(xiàn)。據(jù)估算，幾十萬(wàn)億個(gè)中微子中只有1個(gè)與靶中的鐵原子核相互作用并生成一個(gè)好子。由此，科學(xué)家第一次找到了

7、。中微子存在的直接證據(jù)。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)物理學(xué)家菲利普雅格爾接受記者電話采訪時(shí)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)t中微子存在的直接證據(jù)具有重要意義，它使科學(xué)家對(duì)物質(zhì)基本粒子有個(gè)完整認(rèn)識(shí)。雅格爾是“中微子直接觀測(cè)器”的建設(shè)者之一，觀測(cè)器構(gòu)想提出者之一維多里奧保羅內(nèi)曾是他帶的研究生。雅格爾說(shuō)：生于我們現(xiàn)在有能力探測(cè)到。中微子，我們就能夠設(shè)計(jì)出將物理學(xué)帶到超越標(biāo)準(zhǔn)模型層次的實(shí)驗(yàn)。在不久的將來(lái)，將誕生更加激動(dòng)人心的中微子物理 學(xué)?！币虬l(fā)現(xiàn)第二代科中微子而與人分享1988年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的萊昂 萊德曼評(píng)論說(shuō)， 找到。中微子的直接證據(jù)是非常重要且等待已久的結(jié)果。說(shuō)其重要，是因?yàn)榭茖W(xué)家將據(jù) 此進(jìn)一步研究三代中微子之間的關(guān)系；說(shuō)等待

8、已久，是因?yàn)?25年前p輕子就已經(jīng)被發(fā) 現(xiàn)，現(xiàn)在另一個(gè)鞋子終于掉了下來(lái)輕子的發(fā)現(xiàn)者、榮獲1995年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的馬丁佩爾說(shuō)，證實(shí)p中微子的存在具有里程碑的意義。在找到粒子家庭全部成員之前， 粒子間相互轉(zhuǎn)換的研究難以展開，現(xiàn)在這一障礙已被掃除。中微子的發(fā)現(xiàn)會(huì)給現(xiàn)實(shí)生活帶來(lái)什么改變？這還是科學(xué)家們無(wú)法預(yù)言的。不過(guò)，正如居里夫人100年前發(fā)現(xiàn)原子核裂變時(shí)沒有人知道這一發(fā)現(xiàn)會(huì)有什么用處、而40年后人們用它制造原子彈和發(fā)電一樣，。中微子的發(fā)現(xiàn)也將給科學(xué)白發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。30年前，科學(xué)家計(jì)算出了從太陽(yáng)流失的電子中微子的數(shù)量，但實(shí)際觀測(cè)到的中微子白數(shù)量小于計(jì)算值。2001年加拿大薩德伯里中微子觀測(cè)站的科

9、學(xué)家證實(shí)了早先一些實(shí)驗(yàn)得出的假設(shè)：中微子事實(shí)上并沒有失蹤，只是在離開太陽(yáng)后轉(zhuǎn)化成了。中微子和科中微子，因此躲過(guò)了科學(xué)家的探測(cè)。筆者認(rèn)為這三種中微子可以互相轉(zhuǎn)化，說(shuō)明它們都是只具有引力質(zhì)量。中微子的反粒子是反 中微子。現(xiàn)代科技界認(rèn)為中微子總質(zhì)量上限確定到不及10億分之一的氫原子質(zhì)量，使暗物質(zhì)的一種可能形式，它們?cè)谌堪滴镔|(zhì)中最多只占有1/8的分額。（2）從場(chǎng)的時(shí)空本質(zhì)的觀點(diǎn)看，談?wù)撝形⒆拥目傎|(zhì)量是沒有意義的，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。中微子質(zhì)量mu的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值是根據(jù)相對(duì)論公式：d來(lái)定義|的，1966年 全球平均的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示 mga方土 20w2.后來(lái)實(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步控制 3粒子能量在源中 的損失，把199

10、11995年間被認(rèn)為不可靠的9個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)排除掉，在2000年的粒子 表中給出新的全球平均值，氣g=25士工先而審尸?？?60.叮3叭鼻式中的負(fù)號(hào)說(shuō) 明中微子的引力質(zhì)量為負(fù)數(shù)，實(shí)驗(yàn)中觀察到的只是其數(shù)值，沒有考慮到其量綱。1956年宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)后，為解釋有中微子參與的弱相互作用過(guò)程，李政道、楊振 寧提出了二分量中微子理論， 其物理實(shí)質(zhì)是假定自然界只存在左旋中微子與右旋反中微 子而不存在右旋中微子與左旋反中微子。中微子這種永久縱向極化的性質(zhì)之所以可能， 是因?yàn)楫?dāng)時(shí)中微子質(zhì)量被認(rèn)為等于0,因而左旋中微子與右旋反中微子永遠(yuǎn)以光速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)一切觀察者所在的慣性系間的相對(duì)速度v都不可能超過(guò)c的緣故。假如中

11、微子是亞光速的dirac粒子，具有微小的質(zhì)量 mu,設(shè)它在s系以速度uvc運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)s系觀察 者以速度v相對(duì)于s系運(yùn)動(dòng)，又設(shè)v平行于u且v u時(shí)，他將看到一個(gè)左旋中微子變 成右旋中微子，一個(gè)右旋反中微子變成左旋反中微子，于是中微子不可能永久縱向極化 的了，出現(xiàn)了宇稱守恒的四分量中微子理論。即中微子的靜止質(zhì)量不為 0與宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)事實(shí)相矛盾。（1）如果假定中微子運(yùn)動(dòng)速度為光速，不能用時(shí)間量子度量，那么就可以解釋中微子與引 力場(chǎng)具有引力質(zhì)量，但不滿足 lorentz transformation,因?yàn)橹挥芯哂袝r(shí)間量子屬性的引 力質(zhì)量才滿足lorentz transformation。因此中微子

12、雖然具有引力質(zhì)量，但仍然以光速運(yùn) 動(dòng)，靜止質(zhì)量為0,并不是亞光速的dirac粒子，這樣便與宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合。在（1）中倪光炯教授提出了中微子可能是超光速粒子，但這又和狹義相對(duì)論矛盾。光子與中微子、引力場(chǎng)與 electric field非常類似，可以設(shè)想中微子就是einstein廣義相對(duì)論中的引力波，這樣就可以解釋萬(wàn)有引力的平方反比關(guān)系，中微子密度大的點(diǎn)，空間 曲率大。由于絕對(duì)時(shí)空能量最低，根據(jù)能量最低原理，正引力質(zhì)量之間只有吸引力，而 且可以解釋引力質(zhì)量的慣性問(wèn)題。質(zhì)子+電子一中子+中微子，中子的引力質(zhì)量大于質(zhì)子和電子的引力質(zhì)量之和，所以 中微子的引力質(zhì)量為負(fù)值，反中微子的引力質(zhì)量為

13、正值，產(chǎn)生反中微子實(shí)際上是吸收了中微子。由于中微子的引力質(zhì)量的絕對(duì)值很小，因此在上面的變化中能量不守恒，原因 在于時(shí)空本身參與了能量的交換?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為：由于中微子比其它物質(zhì)粒子的總數(shù)多十幾億倍，因此整個(gè)宇宙中中微子質(zhì)量的總和大大超過(guò)其它物質(zhì)的質(zhì)量總和，占宇宙總質(zhì)量的99%以上，中微子可能是控制宇宙運(yùn)動(dòng)變化的關(guān)鍵性因素。根據(jù)場(chǎng)的本質(zhì)是相對(duì)時(shí)空的觀點(diǎn)，這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。太陽(yáng)黑子的爆發(fā)可能是正負(fù)electric charge耦合過(guò)程中，部分電磁能轉(zhuǎn)化為引力能以中微子的形式釋放出來(lái)的（因?yàn)榇藭r(shí)沒有光子射出，所以表現(xiàn)為黑子），而且此時(shí)太陽(yáng) 的輻射也特別強(qiáng)。太陽(yáng)引力質(zhì)量的虧損是以中微子的形式發(fā)射出來(lái)，太