太阳的中微子
 
 
我们用计算机得到的太阳模型的性质和观测到的现象相一致，球状星团的赫罗图也表明，对太阳未来的预测也是正确的，虽然这个预测对人类来讲并不很乐观。对于天体物理学家来说，好像一切都是正常的。但有一件美中不足的事情不断被核物理学家所谈论，他们甚至认为对恒星演化的看法可能不完全正确，计算机模型也许是错误的。
 
产生这种怀疑的态度是由于一种不显眼的基本粒子。这种基本粒子是在氢聚变为氦时附带产生的。它对于太阳并无实际意义。这个怀疑是由在美国南达科他一个被遗弃的金矿里所进行的一项实验所引起。
 
这种粒子就是中微子。它是呈电中性的，实际上也没有质量，它以光速运动。在描述质子-质子-链时我们已经看到，每当两个氢核发生聚变时，就会释放出一个正电子和一个中微子（见图 3-3 的上部分）。正电子很快和一个负电子结合并产生一个光量子，而中微子不和任何其他粒子反应，因而它不被任何物质偏转，它从产生地以光速沿着直线飞出去。周围的太阳物质对于中微子毫无影响。对于一旦形成的粒子来说，可把太阳物质看作不存在。为了躲避一个朝我们飞来的中微子，我们需要躲在一堵墙的后面，这堵墙的厚度若是以公里为单位，那么需要用一个 15 位的数字来表示。幸运的是，我们不需要对中微子进行防护，因为当它们穿过我们时，不会损伤身体的任何一个原子。
 
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因此在太阳中心产生的中微子是以直线朝空间飞出去的，并且也能和地球相碰。无论是白天或是黑夜，它们都可以毫无阻挡地穿过地球。白天是从上面飞来，而夜晚则是从下面飞来。假若存在中微子望远镜可以观测中微子的话，那么就可以看到在日面的中心有一个小的亮斑。这个亮斑是在恒星的中心区域，即有质子-质子-反应发生的地方产生的。用这架望远镜当然也能在晚上看到这个亮斑，只需在太阳下山以后，把望远镜指向地平面以下太阳所在的方向，因为地球对于这架望远镜来说是透明的。
 
但是中微子望远镜是不存在的。因为要造一架这样的望远镜，必须能够用透镜或反射镜将中微子进行偏转，正像在照相机或电子显微镜中可以将光线或电子进行偏转一样，然而中微子却永远是直线飞行的。
 
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不过有几种特殊的原子，它们能对从它们近旁飞过的中微子稍微产生一点阻挡作用。最著名的要算氯的同位素 Cl³⁷。如果还能有什么原子可以让中微子停住的话，那么首先会是氯原子。这种情况几乎是不可能发生的，但如果偶然地发生了，氯原子能够将碰撞它的中微子吸收，并从原子核中放出一个电子，余下的就成为一个氩原子（见图 5-5）。由此产生的氩原子并不是通常的惰性气体的氩原子，而是它的同位素。大约要经过 35 天它才会恢复原状。有名的雷蒙德·戴维斯(RaymondDavis)的太阳中微子实验，就是建立在它的基础上。这个实验之所以著名，就是因为它使天体物理学家不知所措。但在讲述这个实验之前，我想先指出另一个困难。
 
氯原子只能和高能量的中微子反应，而质子-质子-反应中产生的中微子的能量比较低，不能和氯原子反应。因此假若在太阳中不存在产生高能量的中微子源的话，我们就可以不考虑太阳中微子的问题了。和质子-质子-链相关连的还有一系列的附加反应。它们对于提供太阳的能量来说是无关紧要的，因而从来也没有提到它们。在这些反应之中，有一种反应发生的几率会随着氦的增加而增大，这个反应在图 5-6 中表示出来。一个质量数为 4 的正常氦原子和一个质量数为 3 的氦的同位素相碰撞，便会产生一个质量数为 7 的铍原子。如果这个铍原子在发生放射性衰变之前，又与一个氢原子相碰撞，就能产生一个质量数为 8 的硼的同位素。这个硼原子也是放射性的。经过一定时间后，它将重新变为铍原子。在这个转变过程中会释放出一个正电子和一个高能量的中微子。
 
因此而生的中微子正好可以和氯原子反应，那么中微子同样可以毫无阻挡地穿过物质，甚至穿过大量由氯组成的物质。氯原子虽然很少和中微子作用，但不时地会发生氯原子与一个从它旁边飞过的中微子进行反应。上面提到的实验正是在这个基础上进行的。