三十多年來,物理學家一直在尋找幾乎不存在的東西——被稱為電子中微子的基本粒子,它們不帶電且幾乎沒有質量。為太陽提供能量的核反應應該產生大量的這些粒子,然而之前的測量表明,到達地球的粒子數量僅為預測數量的一半左右。現在,在美國、英國和加拿大工作的科學家在加拿大安大略省的薩德伯裡中微子天文臺 (SNO) 表示,他們已經發現了失蹤中微子發生了什麼。他們昨天在加拿大物理學家協會的會議上以及提交給《物理評論快報》(Physical Review Letters) 的一篇論文中展示了他們的結果。
研究人員表示,額外的中微子實際上並沒有丟失,而是在它們 9300 萬英里的地球旅程中轉化為另外兩種型別的中微子——μ子中微子和τ子中微子。太陽沒有足夠的能量來產生這兩種型別的中微子。為了測量到達地球的電子中微子的數量,SNO 團隊監測了當粒子與重水分子(其中氘原子取代氫原子)相互作用時產生的微小閃光。SNO 沒有探測到 μ子中微子和 τ子中微子,因為它們無法分解重水分子。
然後,研究人員將他們計數的中微子數量與在日本超級神岡探測器進行的實驗進行了比較。日本的實驗使用了普通水,因此測量了 μ子中微子和 τ子中微子,以及電子中微子。由於日本探測器計數的中微子數量多於 SNO 探測器,研究人員確定太陽電子中微子一定是在前往地球的途中轉化為其他型別的。
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“我們現在非常有信心地認為,這種差異不是由太陽模型的問題引起的,而是由中微子本身在從太陽核心傳播到地球的過程中發生的變化引起的,”安大略省金斯頓市女王大學物理學教授兼 SNO 專案負責人之一的阿特·麥克唐納 (Art McDonald) 說。研究人員還確定中微子確實具有質量,儘管質量非常小。但華盛頓大學的哈米什·羅伯遜 (Hamish Robertson) 也參與了該專案,他表示,即使宇宙中存在大量中微子,它們也僅佔宇宙總質量含量的一小部分。