第十章 中微子趣史(3 / 3)

自70年代以來,為了研究中微子震蕩,進行了大量的科學實驗。其中最典型的是一係列測量不同“味”的中微子之間振蕩幾率(用來決定一種中微子轉換成另一種中微子之可能性的大小)的實驗。振蕩幾率一共有三種,其中兩種的數值已經被準確測定,分別為0.861和0.97。還剩一種,由於其數值比較小,因而難以測定。確定第三種振蕩幾率正是目前中微子實驗的熱點。

opera大概可以算是目前規模最大的中微子實驗。它運用位於瑞士日內瓦的歐洲核子研究組織(cern)超級質子同步加速器產生的高強度、高能量的μ中微子束向730公裏之外、位於意大利中部的格蘭沙索國家實驗室傳送,其目的是觀測μ中微子與τ中微子間的振蕩現象。2010年5月31日opera公布了從μ中微子束中探測到的τ中微子現象,為中微子振蕩提供了相當過硬的證據。一年多之後,opera又在物理界投下了一顆新的巨型震撼彈。在一篇由174名科研人員署名的論文裏,他們宣稱實驗中所測到的中微子速度比真空中的光速還快了6米/秒。這自然立即成了科學界的頭號新聞,因為此一結果如若真的屬實,則將動搖作為近代物理學兩大基石之一的相對論,整個物理學就可能發生翻天覆地的變化。盡管絕大多數物理學家都對這項實驗結果持懷疑態度,有些理論物理學家卻已經開始籌謀為相對論尋找出路了。他們希望在現有的相對論框架下(即仍然保持真空中光速不可超越),為opera的這項實驗提供一項合理的理論解釋。比如有人提出,按照流行的宇宙學理論,在構成宇宙的全部物質中,暗能量占73%,暗物質占23%,真正能“看到”的物質僅占4%。假設暗物質真的無所不在,如果它與光子間有哪怕極微弱的一點相互作用(這是一個很強的假設,因為到目前為止還沒有什麼證據顯示暗物質能與任何其他物質發生相互作用),那麼我們所測量到的光速或中微子的速度就不是真空中的速度,而是它們在介質(暗物質)中的速度。在介質中出現超光速現象是不足為奇的,也不會動搖相對論的理論基礎。正當這些理論物理學家們摩拳擦掌準備搶占新的理論製高點時,2012年2月突然又從圈內傳出讓人瞠目結舌的消息:opera公布的實驗結果也許是個超級大烏龍!測到的中微子超光速數據可能隻是由於電腦光纖的接頭鬆動而導致的誤讀。科學實驗就是這樣,有時候會讓人空歡喜一場。

盡管opera鬧了一個大笑話,中微子震蕩依然是物理界的熱門話題。不久之前,從我國大亞灣核電站傳出一個振奮人心的消息,由250名來自6個國家的科研人員組成的大亞灣中微子實驗國際合作組獲得了中微子第三種振蕩幾率的可靠數據。在2011年12月24日至2012年2月17日的實驗中,科研人員使用了6個中微子探測器,完成了實驗數據的獲取、質量檢查、標度、修正和數據分析。結果表明中微子第三種振蕩幾率為0.092、誤差0.017,從而首次證實了這種新的中微子振蕩模式的存在(在此之前,日本、美國和法國的實驗室也曾測量過這一振蕩幾率,但由於誤差較大,無法給出決定性的結論)。不少權威人士認為,如果最終證實實驗結果準確無誤,它有可能成為首個在中國國內完成的獲得諾貝爾物理獎提名的科研成果。

從泡利預言中微子的存在到今天,80多年已經過去了。人們對中微子的認識與那時已不可同日而語。然而仍然有一些根本性的問題有待從理論上和實驗上加以解決和證實。一個例子是,目前有兩種比較完備的中微子理論,一個由狄拉克(paul dirac,1902—1984,獲1933年諾貝爾物理獎)提出,另一個來自物理奇才馬約拉納(ettore majorana,1906—1938),二者都可以對現存的所有實驗給出完美的解釋。如果中微子的靜止質量為零,則這兩個理論永遠分不出優劣。然而一係列有關中微子震蕩的實驗,基本肯定了中微子是有質量的,因而對這兩個理論的最終判定也許已為期不遠了。80多年來,中微子不時給物理界製造些“麻煩”,有時也帶來些意外的驚喜。我們對它的認識也在不斷深入。今天已經有人開始從技術層麵上考慮如何利用中微子的特性來造福人類,比如,中微子可以穿透幾乎任何物體,如果能對它的發射和接收有效掌控,它可能成為長程通訊的理想載體。總之,中微子的故事仍在繼續,而且還會持續很久。