□郭俊昌

中微子及其猜想

□郭俊昌

中微子目前已被認(rèn)為是暗物質(zhì)中的一種，暗物質(zhì)與暗能量被認(rèn)為是宇宙研究中最具挑戰(zhàn)性的課題，它們代表了宇宙中90%以上的物質(zhì)含量，而我們可以看到的只占宇宙總物質(zhì)量的10%不到。這是宇宙中一些不為人知的秘密……

目前我們所熟知的一類(lèi)靜質(zhì)量可能為零的粒子是中微子，另一種已經(jīng)確定其質(zhì)量為零的粒子是光子。我們對(duì)中微子的了解少之又少，人類(lèi)開(kāi)始研究它僅僅幾十年，由于它難以觀察，所以直到上個(gè)世紀(jì)人們才發(fā)現(xiàn)它。

我們?cè)隍?yàn)證相對(duì)論的時(shí)候，通過(guò)加速電子，使得電子達(dá)到某一速度，然后測(cè)量此狀態(tài)下電子的質(zhì)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子質(zhì)量增加了幾千倍，這也就驗(yàn)證了相對(duì)論中關(guān)于高速度下物質(zhì)質(zhì)量的變化規(guī)律的闡述。

但是，在這個(gè)世界上究竟有沒(méi)有這樣一類(lèi)粒子，僅僅質(zhì)量不同而其他性質(zhì)均一樣呢？顯然沒(méi)有。如果將電子質(zhì)量增加，那么外界就需要不斷地向電子傳遞能量，以保證它的速度以及它的質(zhì)量，所以只有當(dāng)一種粒子靜質(zhì)量為零時(shí)，才有可能產(chǎn)生這樣一類(lèi)粒子：它們互相之間僅僅質(zhì)量不同。

光子，是我們比較熟悉的一類(lèi)靜質(zhì)量為零的粒子，我們計(jì)算光子的能量有兩種公式：E=mc2=hv，其中h為普朗克常量，v為光子頻率，m為光子質(zhì)量，c為光速，由此兩個(gè)公式我們可以求出光子的質(zhì)量m=hv/c2，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是390～780nm ，波長(zhǎng)最短的是紫光，其次是藍(lán)光、青光、綠光、黃光、橙光、紅光，根據(jù)光子動(dòng)質(zhì)量的公式，那么它們會(huì)不會(huì)是一種不同質(zhì)量的同一性質(zhì)的物質(zhì)——光子？

所以，我們可以猜想：有沒(méi)有一類(lèi)僅僅質(zhì)量不同，但其他性質(zhì)均相同的粒子存在于我們的世界中呢？

生活在正物質(zhì)世界的我們總受到身邊實(shí)際的限制，所以直到上個(gè)世紀(jì)人類(lèi)才提出反物質(zhì)的猜想。事實(shí)最終證明，這個(gè)世界存在反物質(zhì)，人類(lèi)在上個(gè)世紀(jì)已經(jīng)制成了反物質(zhì)，這足夠證明了反物質(zhì)的存在。

那么，我們可以通過(guò)建立二維坐標(biāo)將所有的物質(zhì)分為三類(lèi)：一類(lèi)是正物質(zhì)，一類(lèi)是反物質(zhì)，還有一類(lèi)既非正物質(zhì)也非反物質(zhì)，比如光子。光屬于電磁波，它既能在反物質(zhì)世界存在，也能在物質(zhì)世界存在，它的反物質(zhì)就是它本身。

所以說(shuō)，如果存在一類(lèi)僅僅質(zhì)量不同而其他性質(zhì)均相同的粒子，那么它們必定沒(méi)有正反物質(zhì)之分。

中微子是一種很神奇的物質(zhì)，人類(lèi)是最晚發(fā)現(xiàn)它的，所以對(duì)中微子的了解少之又少。有人會(huì)認(rèn)為很難測(cè)定出它的存在，其實(shí)不然。太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng)在不斷地產(chǎn)生大量中微子，并向四周輻射。標(biāo)準(zhǔn)理論預(yù)言，在由四個(gè)質(zhì)子（P）轉(zhuǎn)變成一個(gè)氦原子核的過(guò)程中要釋放兩個(gè)中微子。

據(jù)此可以推算，太陽(yáng)中微子抵達(dá)地球表面時(shí),每平方厘米每秒鐘約為660億個(gè)。由此可見(jiàn)，它無(wú)時(shí)無(wú)刻都在穿過(guò)我們的身體，但我們卻毫無(wú)感覺(jué)。一年內(nèi)到達(dá)地球的太陽(yáng)中微子的能量為：1790萬(wàn)億億焦耳，這個(gè)能量是地球每年以火山、地震和地表熱流等形式消耗能量的167倍。

所以，只要有百分之零點(diǎn)幾的中微子被地球吸收，就足以為地球的各種演化提供能量。中微子地球演化說(shuō)認(rèn)為，太陽(yáng)中微子進(jìn)入地球后，將與地球物質(zhì)發(fā)生一系列復(fù)雜作用。

快中微子或者說(shuō)高頻率的中微子反應(yīng)截面較小（不易與物質(zhì)作用），當(dāng)中微子被減速，其運(yùn)動(dòng)速度（或頻率）慢到與原子核內(nèi)的中微子相近時(shí)（此時(shí)中微子就變成了熱中微子），它便更容易參與反應(yīng)（弱相互作用）。因此，太陽(yáng)中微子進(jìn)入地球，經(jīng)過(guò)一定物質(zhì)散射、減速，頻率變低或速度變慢的熱中微子，便與地球物質(zhì)反應(yīng)，提供地球演化的能量。

中微子地球演化說(shuō)不僅較好地解釋了板塊的運(yùn)動(dòng)、地磁的形成和磁極的漂移、地球內(nèi)部圈層構(gòu)造等一系列地球演化現(xiàn)象，而且還能夠應(yīng)用到其他行星和衛(wèi)星中，解釋一些我們認(rèn)為神秘的天體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。

我們至今不是非常確定：幾種中微子是同一種實(shí)物粒子的不同表現(xiàn)，還是不同性質(zhì)的幾種物質(zhì)粒子，或者是同一種粒子組成的差別相當(dāng)微小的具有不同質(zhì)量的粒子，所以我們可以將此猜想放在光子以及中微子上進(jìn)行討論。

先說(shuō)中微子，它的自旋為1/2，光子自旋為1，因此它還是有別于光子的，目前實(shí)驗(yàn)找到兩種中微子Ⅴe和Ⅴμ，1975年發(fā)現(xiàn)了τ粒子，但還未發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的第三種中微子，會(huì)不會(huì)有第三種τ輕子數(shù)守恒尚待證實(shí)。

除τ粒子外,前二類(lèi)輕子（e、Ⅴe和μ、Ⅴ）的性質(zhì)已有較充分的研究,它們的性質(zhì)非常類(lèi)似，僅質(zhì)量有很大差別，這也就讓人們開(kāi)始疑惑：幾種中微子是同一種實(shí)物粒子的不同表現(xiàn)，還是不同性質(zhì)的幾種實(shí)物粒子，或者是同一種粒子組成差別相當(dāng)微小的具有不同質(zhì)量的粒子，所以在此我們就可以有充分的理由大膽猜想：幾種中微子是同一種粒子組成差別相當(dāng)微小的具有不同質(zhì)量的粒子，而且目前人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的反中微子僅僅自旋和輕子數(shù)相反，其反中微子定義也與其他反粒子的定義完全不同。

因此，在這類(lèi)光速飛行粒子中，我們認(rèn)為它們沒(méi)有正反物質(zhì)的本質(zhì)區(qū)別，繼而我們可以初步認(rèn)為：有這么一類(lèi)粒子，它們互相之間僅僅質(zhì)量不同而其他差別相當(dāng)微小。如果說(shuō)中微子沒(méi)有靜質(zhì)量，那么根據(jù)光子此類(lèi)物質(zhì)的性質(zhì)判斷，可有如下猜想（以下討論只限于真空）：

——電磁波譜中的頻率高于無(wú)線電波的光子應(yīng)當(dāng)是一類(lèi)速度相同，頻率不同的粒子。

——電磁波譜中無(wú)線電波一類(lèi)的粒子應(yīng)當(dāng)屬于場(chǎng)物質(zhì)，它的質(zhì)量與光子相同，它倆就相當(dāng)于氣態(tài)水與液態(tài)水一樣，無(wú)本質(zhì)差別。

——高速運(yùn)動(dòng)的粒子的自旋由速度決定。

——中微子是一類(lèi)不同于光子的高速飛行下的粒子，它與光子的本質(zhì)區(qū)別在于速度不同，但由于中微子的頻率由其發(fā)出物決定，所以中微子的頻率范圍沒(méi)有光子頻率的分布廣泛，從而限制了中微子的頻率，導(dǎo)致在中微子這一類(lèi)物質(zhì)中只有三種中微子，而它們互相之間只是質(zhì)量的差別。

——這類(lèi)物質(zhì)的速度不會(huì)遠(yuǎn)小于光速，而應(yīng)當(dāng)只是接近，同時(shí)也不會(huì)超過(guò)光速，即光子是這一類(lèi)物質(zhì)中速度最高的物質(zhì)。

——這類(lèi)粒子不帶電，靜質(zhì)量為零，不吸收也不反射電磁波，很有可能是暗物質(zhì)的構(gòu)成部分。

——這類(lèi)粒子在高速運(yùn)動(dòng)下?lián)碛袆?dòng)質(zhì)量，所以會(huì)產(chǎn)生引力作用。

我們目前只發(fā)現(xiàn)了自旋為1/2、-1/2的中微子和自旋為1的光子，如果存在自旋為-1的光子，它的其他性質(zhì)也將和光子一樣，僅自旋方向不同而已。因此，在這類(lèi)粒子中，沒(méi)有絕對(duì)的正反粒子之分。如果依此類(lèi)推的話，應(yīng)當(dāng)還存在一些自旋數(shù)不同于光子、中微子的高速粒子，比如說(shuō)自旋為0等的一類(lèi)高速粒子。

這些僅僅都是通過(guò)光子與中微子的一些性質(zhì)推演而來(lái)的，中微子目前已被認(rèn)為是暗物質(zhì)中的一種，暗物質(zhì)與暗能量被認(rèn)為是宇宙研究中最具挑戰(zhàn)性的課題，它們代表了宇宙中90%以上的物質(zhì)含量，而我們可以看到的物質(zhì)只占宇宙總物質(zhì)量的10%不到。所以，研究中微子也許就是我們打開(kāi)這個(gè)困擾科學(xué)界幾十年的鑰匙，也許正有這么一類(lèi)粒子等著我們?nèi)プC實(shí)，去探索發(fā)現(xiàn)。

唯有如此，才能真正了解到宇宙中一些不為人知的秘密。